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UNIVERSIDAD SAN FRANCISCO DE QUITO USFQ
Colegio de Ciencias e Ingenierías
Estudio de prefactibilidad para una planta de producción de
shampoo sólido compuesto por detergentes
Tabata Melissa Cevallos Fiscal
Ingeniería Química
Trabajo de fin de carrera presentado como requisito
para la obtención del título de
Ingeniera Química
Quito, 5 de mayo del 2020
2
Universidad San Francisco de Quito USFQ
Colegio de Ciencias e Ingenierías
HOJA DE CALIFICACIÓN
DE TRABAJO DE FIN DE CARRERA
Estudio de prefactibilidad para una planta de producción de shampoo sóllido
compuesto por detergentes
Tabata Melissa Cevallos Fiscal
Nombre del profesor, Título académico
Juan Diego Fonseca, Ph.D.
Quito, 5 de mayo de 2020
3
DERECHOS DE AUTOR
Por medio del presente documento certifico que he leído todas las Políticas y Manuales de
la Universidad San Francisco de Quito USFQ, incluyendo la Política de Propiedad Intelectual
USFQ, y estoy de acuerdo con su contenido, por lo que los derechos de propiedad intelectual del
presente trabajo quedan sujetos a lo dispuesto en esas Políticas.
Asimismo, autorizo a la USFQ para que realice la digitalización y publicación de este
trabajo en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 144 de la Ley Orgánica
de Educación Superior.
Nombres y apellidos:
Tabata Melissa Cevallos Fiscal
Código:
00126587
Cédula de identidad:
1716900202
Lugar y fecha:
Quito, 5 de mayo de 2020
4
ACLARACIÓN PARA PUBLICACIÓN
Nota: El presente trabajo, en su totalidad o cualquiera de sus partes, no debe ser considerado como
una publicación, incluso a pesar de estar disponible sin restricciones a través de un repositorio
institucional. Esta declaración se alinea con las prácticas y recomendaciones presentadas por
el Committee on Publication Ethics COPE descritas por Barbour et al. (2017) Discussion
document
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practice
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Note: The following capstone project is available through Universidad San Francisco de Quito
USFQ institutional repository. Nonetheless, this project – in whole or in part – should not be
considered a publication. This statement follows the recommendations presented by the
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on best practice for issues around theses publishing available on http://bit.ly/COPETheses.
5
RESUMEN
La industria se ha visto obligada a tomar consciencia ambiental dando como resultado la
innovación de productos eco-amigables. Una de las tendencias de cuidado personal más
importantes es el shampoo en barra ya que es considerado un revolucionario cosmético sustentable
para el lavado diario. Se introducirá al mercado una barra de shampoo compuesta por el surfactante
natural cocoil isetionato de sodio (SCI). No tiene una envoltura plástica, la barra está compuesta
por un surfactante natural ideal para pieles sensibles, y es un producto que rinde más que el
shampoo líquido convencional. El objetivo principal de este proyecto es realizar un estudio de
prefactibilidad para una planta de producción de shampoo sólido compuesto por detergentes. Con
el fin de determinar si el proyecto es viable en el Ecuador, se plantearon 3 objetivos
específicos: el desarrollo del diseño del proceso, diseño de la planta y el análisis económico. Se
estableció un caudal de producción de 100 barras de shampoo al día que requiere 10 kg de materia
prima. Se realizaron los balances de masa de cada operación unitaria con el fin de conocer las
corrientes y flujos que entran al proceso. Se dimensionaron los equipos como parte del diseño de
la planta y se realizaron los balances de energía para conocer los requisitos energéticos. Mediante
el análisis económico se determinó un beneficio neto de $68,590.51 con una inversión inicial de
$227,834.44 que se va a recuperar en un periodo de 3 años y 4 meses. Debido a que el surfactante
que se utilizaría no se encuentra en el mercado ecuatoriano y debe ser importado desde el exterior,
se va a presentar una propuesta alternativa en la que se utiliza el lauril sulfato de sodio (SLS), un
tensioactivo artificial disponible regularmente en el Ecuador. Mediante el estudio de los
componentes económicos, se concluyó que el proyecto es rentable, viable y factible
independientemente del surfactante que se utilice. En ambos casos los ingresos son mayores a los
egresos, se recupera la inversión inicial a finales del tercer año de la puesta en marcha de la planta,
y el ROI es positivo.
Palabras clave: shampoo en barra, eco-amigable, surfactante, cocoil isetionato de sodio (SCI),
lauril sulfato de sodio (SLS), diseño del proceso, diseño de planta, análisis económico, rentable,
viable, tiempo de recuperación, ROI.
6
ABSTRACT
The industry has been forced to become environmentally aware resulting in the innovation of
eco-friendly products. One of the most important trends in personal care is the shampoo bar as it
is considered a revolutionary sustainable cosmetic for daily washing. A shampoo bar composed of
the natural surfactant sodium cocoyl isethionate (SCI) will be introduced to the market. It’s a
plastic-free package product, the bar is composed of a natural surfactant ideal for sensitive skin,
and it lasts longer than commercial shampoos in bottles. The main objective of this project is to
carry out a pre-feasibility study for a production plant of solid shampoo composed of detergents.
In order to determine if the project is viable in Ecuador, 3 specific objectives were set: the
development of the process design, plant design and economic analysis. A production flow of 100
shampoo bars per day was established, requiring 10 kg of raw material. Mass balances of each unit
operation were made in order to determine the mass flows that enter the process. As part of the
plant design, the equipment was dimensioned, and energy balances were carried out to obtain the
energy requirements. Through the economic analysis, a net benefit of $68,590.51 was determined
with an initial investment of $227,834.44 that will be recovered in a period of 3 years and 4 months.
Since the surfactant that would be used is not available in the Ecuadorian market and must be
imported from abroad, an alternative proposal will be presented in which sodium lauryl sulfate
(SLS), an artificial surfactant regularly available in Ecuador, is used. Through the study of the
economic components, it was concluded that the project is profitable, viable and feasible regardless
of the surfactant used. In both cases the income is higher than the expenses, the initial investment
is recovered at the end of the third year of the plant's start-up, and the ROI is positive.
Keywords: shampoo bar, eco-friendly, surfactant, odium cocoyl isethionate (SCI), sodium lauryl
sulfate (SLS), process design, plant design, economic analysis, profitability, feasibility, recovery
time, ROI.
7
TABLA DE CONTENIDOS
1.
2.
INTRODUCCIÓN ............................................................................................................... 14
1.1.
Antecedentes.................................................................................................................. 14
1.2.
Propuesta de proyecto.................................................................................................... 17
1.3.
Objetivos........................................................................................................................ 17
1.4.
Justificación ................................................................................................................... 18
1.5.
Resultados esperados ..................................................................................................... 21
BASES DEL DISEÑO ......................................................................................................... 23
2.1.
Fundamentos teóricos .................................................................................................... 23
2.1.1. Surfactante ................................................................................................................. 23
2.1.2. Agentes espesantes/endurecedores ............................................................................ 24
2.1.3. Aceites esenciales ...................................................................................................... 24
3.
4.
2.2.
Descripción del producto ............................................................................................... 24
2.3.
Descripción de materias primas..................................................................................... 26
2.4.
Normas y limitaciones ................................................................................................... 30
2.5.
Ubicación de planta ....................................................................................................... 32
2.6.
Selección del proceso .................................................................................................... 33
DISEÑO DE PROCESO ..................................................................................................... 37
3.1.
Caudal de producción .................................................................................................... 37
3.2.
Balance de masa ............................................................................................................ 39
DISEÑO DE LA PLANTA ................................................................................................. 40
4.1.
Selección de equipos ..................................................................................................... 40
8
4.2.
5.
6.
Dimensionamiento de equipos y balance de energía ..................................................... 41
ANÁLISIS ECONÓMICO ................................................................................................. 43
5.1.
Métodos de estimación .................................................................................................. 43
5.2.
Inversión de capital fijo y capital de trabajo.................................................................. 44
5.3.
Costos de producción .................................................................................................... 45
5.4.
Componentes de los ingresos del proyecto ................................................................... 45
5.5.
Tiempo de recuperación y ROI ..................................................................................... 47
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................................ 47
6.1.
Conclusiones.................................................................................................................. 47
6.2.
Recomendaciones .......................................................................................................... 51
7.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 52
8.
ANEXOS .............................................................................................................................. 56
A.
Bases del Diseño........................................................................................................ 56
A.1. Ingredientes que componen las barras de shampoo............................................... 56
A.2. Funciones y propiedades de aceites esenciales...................................................... 61
A.3. Ficha de datos de seguridad (FDS) de materia prima ............................................ 62
B.
Diseño de proceso...................................................................................................... 73
B.1. Estudio de mercado ................................................................................................ 73
B.2. Horario de operación ............................................................................................. 76
C.
Metodología ............................................................................................................... 77
C.1. Proceso de producción de shampoo sólido ............................................................ 77
C.2. Diseño de planta..................................................................................................... 78
9
C.2.1. Diagramas de bloque y flujo ........................................................................... 78
C.2.2. Balance de masa y de energía ......................................................................... 79
C.2.3. Dimensionamiento de equipos ........................................................................ 86
C.3. Análisis económico ................................................................................................ 92
C.3.1. Estimación de costos aplicando distintos métodos ......................................... 92
C.3.2. Inversión de capital fijo .................................................................................. 94
C.3.3. Capital de trabajo ............................................................................................ 96
C.3.4. Ingresos de la planta ....................................................................................... 98
C.3.5. Análisis de recuperación del capital ............................................................. 101
D.
Cálculos ................................................................................................................... 101
D.1. Diseño de planta .................................................................................................. 101
D.1.1. Balance de masa ........................................................................................... 101
D.1.2. Dimensionamiento de equipos...................................................................... 104
D.1.3. Balance de energía ........................................................................................ 116
D.2. Análisis económico.............................................................................................. 122
D.2.1. Estimación de costos aplicando varios métodos........................................... 122
D.2.2. Inversión de capital fijo ................................................................................ 127
D.2.3. Capital de trabajo .......................................................................................... 129
D.2.4. Ingreso de la planta ....................................................................................... 136
E.
Planos de equipos .................................................................................................... 140
E.1. Planos de extrusora .............................................................................................. 140
E.2. Planos de compactadora ....................................................................................... 142
F.
Proforma de equipos ................................................................................................ 144
10
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Comparación de shampoo sólido y shampoo líquido ...................................................... 20
Tabla 2. Corrientes obtenidas de balances de materia ................................................................... 39
Tabla 3. Resultados de dimensionamiento de equipos .................................................................. 42
Tabla 4. Estimación de costos utilizando distintos métodos ......................................................... 44
Tabla 5. Inversión de capital fijo y capital de trabajo ................................................................... 44
Tabla 6. Costos anuales de producción variables y fijos y CCOP ................................................ 45
Tabla 7. Ingresos por ventas anuales considerando dos distintos surfactantes ............................. 46
Tabla 8. Margen bruto del proyecto .............................................................................................. 46
Tabla 9. Inversión total y beneficio neto anual de la planta .......................................................... 46
Tabla 10. Tiempo de recuperación y retorno de inversión (ROI) ................................................. 47
Tabla A.1. 1. Ingredientes base que componen las barras de shampoo…………………………56
Tabla A.1. 2. Ingredientes de shampoo para cabello reseco......................................................... 58
Tabla A.1. 3. Ingredientes de shampoo para cabello graso .......................................................... 59
Tabla A.1. 4. Ingredientes de shampoo para cabello maltratado .................................................. 60
Tabla A.2. 1. Propiedades y funciones de aceites esenciales…………………………………….61
Tabla A.3. 1. FDS lauril sulfato de sodio………………………………………………………..62
Tabla A.3. 2. FDS cocoil isetionato de sodio ................................................................................ 63
Tabla A.3. 3. FDS vinagre de manzana ......................................................................................... 64
Tabla A.3. 4. FDS manteca de cacao............................................................................................. 64
Tabla A.3. 5. FDS ácido esteárico ................................................................................................. 65
Tabla A.3. 6. FDS ácido alcohol cetílico....................................................................................... 66
Tabla A.3. 7. FDS glicerina vegetal .............................................................................................. 67
11
Tabla A.3. 8. FDS aceite esencial menta piperita.......................................................................... 68
Tabla A.3. 9. FDS aceite de coco .................................................................................................. 68
Tabla A.3. 10. FDS aceite esencial de jojoba ................................................................................ 69
Tabla A.3. 11. FDS aceite esencial de limón ................................................................................ 69
Tabla A.3. 12. FDS aceite de lavanda ........................................................................................... 70
Tabla A.3. 13. FDS aceite de árbol de té ....................................................................................... 70
Tabla A.3. 14. FDS aceite de almendra ......................................................................................... 71
Tabla A.3. 15. FDS aceite de oliva ................................................................................................ 71
Tabla A.3. 16. FDS aceite de ylang ylang ..................................................................................... 72
Tabla B.2. 1. Horario de operación de la planta…………………………………………………76
Tabla D.1.2. 1. Dimensiones de tanque de mezcladora………………………………………...107
Tabla D.1.2. 2. Características de tanque de mezcladora ............................................................ 107
Tabla D.1.2. 3. Dimensiones de equipo baño maría .................................................................... 109
Tabla D.1.2. 4. Dimensiones de tornillo sin fin........................................................................... 109
Tabla D.1.2. 5. Dimensiones de base menor de tolva ................................................................. 110
Tabla D.1.2. 6. Dimensiones de base mayor de tolva ................................................................. 110
Tabla D.1.2. 7. Dimensiones de tolva de extrusora ..................................................................... 111
Tabla D.1.2. 8. Dimensiones de tornillo sin fin de extrusora ...................................................... 112
Tabla D.1.2. 9. Dimensiones de carcasa de extrusora ................................................................. 112
Tabla D.1.2. 10. Número de cilindros que requiere la compactadora ......................................... 113
Tabla D.1.2. 11. Características de tanques de almacenamiento de materia prima..................... 115
Tabla D.1.3. 5. Características de cilindro de compactadora…………………………………...114
12
Tabla D.2.1. 1. Costos de equipos ............................................................................................... 125
Tabla D.2.2. 1. Costos de equipos de oficina…………………………………………………...128
Tabla D.2.2. 2. Costos para calcular inversión de capital fijo ..................................................... 128
Tabla D.2.3. 1. Inventario materia prima considerando dos surfactantes diferentes…………...129
Tabla D.2.3. 2. Inventario materia prima considerando dos surfactantes diferentes ................... 129
Tabla D.2.3. 3. Energía eléctrica que ocupan los equipos ........................................................... 130
Tabla D.2.3. 4. Energía eléctrica que ocupa la planta ................................................................. 130
Tabla D.2.3. 5. Agua potable que consume la planta .................................................................. 131
Tabla D.2.3. 6. Servicio de internet y teléfono ............................................................................ 131
Tabla D.2.3. 7. Empaque para distribución ................................................................................. 131
Tabla D.2.3. 8. Empaque de producto ......................................................................................... 131
Tabla D.2.3. 9. Costo de transporte ............................................................................................. 132
Tabla D.2.3. 10. Costos de producción variables para barra con SLS ........................................ 132
Tabla D.2.3. 11. Costos de producción variables para barra con SCI ......................................... 132
Tabla D.2.3. 12. Labor de operación de la planta........................................................................ 133
Tabla D.2.3. 13. Licencia de registro sanitario............................................................................ 134
Tabla D.2.3. 14. Costos de producción fijos para 2 semanas ...................................................... 134
Tabla D.2.3. 15. Efectivo en caja considerando 2 surfactantes distintos .................................... 135
Tabla D.2.3. 16. Cuentas por cobrar considerando 2 surfactantes distintos ................................ 135
Tabla D.2.3. 17. Créditos cuentas pendientes considerando 2 surfactantes distintos.................. 135
Tabla D.2.3. 18. Capital de trabajo total considerando 2 surfactantes distintos .......................... 135
Tabla D.2.4. 1. Ingresos por ventas anuales considerando dos distintos costos del producto….136
13
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Diagrama de bloque de proceso de producción de shampoo en barra utilizando
saponificación ................................................................................................................................ 34
Figura 2. Diagrama de bloque de proceso de producción industrializado de shampoo en barra .. 35
Figura 3. Diagrama de flujo de proceso de producción del shampoo sólido................................. 41
Figura B.1. 1. Encuestas y estadísticas de respuestas……………………………………………76
Figura C.1. 1. Forma geométrica de barra de shampoo………………………………………….77
Figura C.3.4. 1.Tabla de impuesto a la renta de personas naturales para el año 2020…………100
Figura D.1.2. 1. Cabezal elipsoidal……………………………………………………………..105
Figura D.1.2. 2. Dimensiones de base menor de tolva de acuerdo con el diámetro del tornillo . 110
Figura E.1. 1. Planos de extrusora……………………………………………………………...140
Figura E.1. 2. Diseño 3D de extrusora ........................................................................................ 141
Figura E.2. 1. Planos de compactadora…………………………………………………………142
Figura E.2. 2. Diseño 3D de compactadora ................................................................................. 143
Figura F. 1. Proforma de equipos……………………………………………………………….148
14
1. INTRODUCCIÓN
1.1. Antecedentes
El shampoo es un producto relativamente joven, sin embargo, el cuidado y lavado del
cabello es una actividad que se practica desde hace más de mil años. En la antigüedad se utilizaban
ingredientes naturales como hierbas aromáticas, minerales, grasas vegetales y animales para dar
brillo y aroma al cabello. Con el paso de los años, el cuidado y la limpieza del cabello ha ido
evolucionando desde el uso de ingredientes naturales hasta la elaboración de barras de jabón de
lejía que provocaban la resequedad del cabello y consecuentemente la irritación y alergias de la
piel. Para aliviar estos síntomas, en 1920 se introdujo al mercado el primer shampoo líquido con
características similares a los productos actuales. Hoy en día el shampoo es considerado un
producto de primera necesidad esencial para el aseo personal.
La higiene personal se refiere a las medidas que se toman para mantener la limpieza del
cuerpo con el fin de prevenir enfermedades y preservar la salud. Los seres humanos están
expuestos a gérmenes y parásitos que al acumularse en el cuerpo pueden provocar enfermedades,
por lo tanto, es necesario practicar buenos hábitos de cuidado personal [1]. La limpieza del cabello
es importante debido a que el cuero cabelludo secreta sebo, acumula grasa y está expuesto a la
contaminación del medio ambiente. La acumulación excesiva de estas partículas puede provocar
molestias como inflamación, comezón, ardor y caída del cabello, y consecuentemente se pueden
producir enfermedades como caspa, dermatitis y otras infecciones [2]. El shampoo es un producto
del cuidado del cabello que elimina efectivamente los residuos de grasa y suciedad, evitando
enfermedades del cuero cabelludo.
A pesar de que en español el término se denomina champú, en el Ecuador también se utiliza
la palabra shampoo, la misma que será utilizada en el desarrollo de este proyecto.
15
Shampoo líquido
El shampoo es un producto para la higiene cuya función es eliminar la suciedad del cabello
mientras lo mantiene saludable. Este producto generalmente se presenta en la forma de un líquido
viscoso y está compuesto por una mezcla de químicos. Contiene compuestos tales
como: tensioactivos o surfactantes que son detergentes que limpian y jabonan, conservantes
(parabenos) que previenen la acumulación de bacteria en el producto, agentes espumantes, agentes
espesantes, alcoholes, fragancias sintéticas y colorantes. El surfactante que se utiliza comúnmente
en la producción del shampoo líquido es el lauril éter sulfato de sodio (SLES de sus siglas en
inglés). Este es un tensioactivo líquido que es responsable de generar espuma y limpiar el cuero
cabelludo. Una de las propiedades químicas más importantes del shampoo es el pH ya que este
debe ser similar al pH del cuero cabelludo humano; la mayoría de shampoos tienen un pH de entre
5 y 7 [3].
Shampoo líquido y el medio ambiente
El shampoo es un producto de consumo masivo que es utilizado por todo tipo de
consumidor, independientemente de su edad, género o clase social. Siendo un producto de alta
demanda y competitivo en el mercado, su calidad debe satisfacer las necesidades del consumidor
al igual que los requisitos ambientales. En la actualidad, la industria se ha visto obligada a tomar
consciencia ambiental dando como resultado la innovación de productos eco-amigables. Los
productos eco-amigables son aquellos que tienen poco o ningún impacto ambiental, lo que
significa que su proceso de producción, utilización o disposición final no dañan al medio
ambiente [4]. El shampoo líquido tiene un impacto negativo en el ambiente por el uso del
16
surfactante que lo compone cuya producción genera subproductos químicos que contaminan el
suelo y el agua [5].
Además, el shampoo líquido es comercializado en envases plásticos que son desechados
incorrectamente y contaminan el medio ambiente. Cada año, más de 8 mil millones de kg de
residuos plásticos ingresan al océano; alrededor del 40% de todo el plástico producido se destina
al empaquetado, y la mayoría se desecha después de utilizarse solo una vez [6]. De acuerdo con la
Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), los envases plásticos tardan entre 400
y 700 años en descomponerse, además la producción de plástico es masiva, se producen alrededor
de 380 millones de toneladas mundialmente al año. La mayoría de los desechos plásticos no son
reciclados y terminan en el océano, lo que significa que, en un futuro muy cercano, habrá más
plástico que pescados en el mar [7].
Shampoo en barra
El shampoo en barra es shampoo en forma sólida que no contiene agua y es una alternativa
eco-amigable del shampoo líquido tradicional. Debido a que la mayoría de sus ingredientes son
sólidos, este producto es altamente concentrado y se activa o genera espuma, al hacer contacto con
el agua. La barra de shampoo cumple con las mismas funciones que el shampoo líquido con la
diferencia de que está compuesta en su mayoría por ingredientes sólidos y no es comercializada
en envases plásticos. Existen dos tipos de shampoo en barra que se obtienen a partir de distintos
procesos de producción: barras de shampoo compuestas por detergentes sintéticos (surfactantes) y
shampoo sólido a base de jabón. Las barras de shampoo a base de detergentes están compuestas
comúnmente por surfactantes sólidos, agentes espesantes y endurecedores y aceites esenciales que
protegen y cuidan el cabello. Una de las tendencias de cuidado personal más importantes es el
17
shampoo en barra ya que es considerado un revolucionario cosmético sustentable para el lavado
diario.
1.2. Propuesta de proyecto
Con el fin de introducir en el mercado un producto novedoso que cumpla con las
necesidades tanto del consumidor como del medio ambiente, se va a estudiar la posibilidad de
poner en marcha una planta de producción de shampoo sólido compuesto por detergentes. La barra
estará compuesta principalmente por el surfactante natural cocoil isetionato de sodio que se abrevia
SCI por sus sigas en inglés. Más adelante se definirá el concepto “surfactante” y se detallarán las
propiedades del SCI. Debido a que esta materia prima no se encuentra en el mercado ecuatoriano
y debe ser importada desde el exterior, se va a presentar una propuesta alternativa en la que se
reemplaza el surfactante SCI por el lauril sulfato de sodio (SLS de sus siglas en inglés), un
tensioactivo artificial disponible regularmente en el Ecuador.
1.3. Objetivos
El objetivo general que engloba la totalidad de este proyecto es realizar un estudio de
prefactibilidad para una planta de producción de shampoo sólido compuesto por detergentes. Para
alcanzar el objetivo general se plantearon objetivos específicos que incluyen procesos necesarios
para cumplir con metas a corto plazo. Primero, se seleccionó el proceso de producción y se
determinó el caudal de producción para realizar los balances de masa y de energía que facilitaron
el dimensionamiento de equipos involucrados en el proceso. Finalmente, se realizó el análisis
económico que incluye la alternativa de reemplazar un surfactante natural por uno artificial, en
caso de que no sea posible adquirir el primero. A partir de este análisis será posible determinar el
18
capital que se debe invertir en la construcción de la planta y los ingresos que se van a obtener a
partir de la venta del producto para determinar la rentabilidad del proyecto.
1.4. Justificación
El shampoo sólido tiene varios beneficios tanto medioambientales como económicos y
presenta múltiples ventajas para el consumidor. A continuación, se detallan los beneficios y se
realiza una comparación detallada entre el shampoo líquido y el shampoo sólido compuesto por el
surfactante natural SCI.
Beneficios medioambientales
El shampoo en barra es un producto amigable con el medio ambiente ya que por su forma
sólida no requiere de una envoltura plástica. Este producto es comúnmente comercializado en
papel o cartón biodegradable, eliminando totalmente el uso de envases plásticos que son
desechados irresponsablemente en el ambiente. Con la compra de barras de shampoo, en la última
década se han ahorrado más de 2,850 toneladas de plástico que equivale a aproximadamente
114 millones de envases plásticos de shampoo [8]. Suponiendo que el consumidor promedio
adquiere una botella de shampoo al mes, se estaría ahorrando 12 envases plásticos anuales por
cada persona.
Beneficios para la salud del consumidor
El shampoo sólido es un producto que no solo limpia el cabello, sino que lo cuida y lo
mantiene saludable. La mayoría de los ingredientes líquidos utilizados en la producción del
shampoo convencional serán reemplazados por ingredientes sólidos que tienen mejores
19
propiedades. Los surfactantes líquidos utilizados en la industria cosmética son muy eficientes en
cuanto a la función que cumplen de emulsionar, generar espuma y limpiar, sin embargo, la mayoría
de estos compuestos pueden ser irritantes para la piel si se utilizan en altas concentraciones y por
un tiempo prolongado. El tensioactivo que se utiliza comúnmente en la producción del shampoo
líquido es el lauril éter sulfato de sodio (SLES) que genera abundante espuma y atrapa
eficientemente todas las partículas de grasa y suciedad del cabello. A pesar de ello, remueve la
mayoría de sus aceites naturales y destruye los lípidos naturales que genera la piel, dejando al
cabello, quebradizo y sin brillo [9]. Por otra parte, el tensioactivo SCI es suave y no le quita al
cabello aceites propios, lo que permite que el cabello retenga la humedad y equilibra la producción
de aceite capilar [10].
El surfactante SCI es considerado natural por que proviene de componentes vegetales y su
elaboración no implica la formación de subproductos químicos tóxicos. Por otro lado, la
elaboración de SLES produce compuestos carcinógenos que pueden provocar irritación en la piel
y caspa en el cuero cabelludo. El óxido de etileno aplicado al SLES puede dar como resultado el
carcinógeno 1,4-dioxano, que provoca irritación y caspa [11]. Otros ingredientes líquidos
utilizados en la producción del shampoo convencional que eliminan la humedad del cabello y
cuero cabelludo son: fragancias sintéticas, alcoholes, conservantes y aditivos.
Beneficios económicos
Debido a que el shampoo en barra es altamente concentrado y no contiene agua, rinde más
que el shampoo líquido. Una barra de shampoo de aproximadamente 2 oz puede durar hasta 80
lavadas que equivale a 3 botellas medianas de shampoo. Una barra de shampoo va a rendir
aproximadamente 3 meses, mientras la persona promedio adquiere una botella de shampoo al
20
mes; esto disminuye la frecuencia con la cual se compra el producto y supone un ahorro económico
para el consumidor [12]. Adicionalmente, el surfactante que se emplea en la producción de la barra
es suave y puede utilizarse directamente en la piel, lo cual reemplazaría al jabón de cuerpo de ser
necesario. El SCI tiene un efecto acondicionador en la piel y esto implica que no es necesario
incluir el acondicionador en la rutina de lavado. En contraste, el surfactante líquido en el shampoo
convencional reseca al cuero cabelludo y remueve los aceites naturales del cabello provocando
que este pierda su humedad y brillo natural, lo que obliga al consumidor a adquirir productos
adicionales para el aseo de su cabello. Una ventaja adicional de este producto es que por su forma
sólida ahorra espacio en la bañera, no se derrama y es ideal para llevar en viajes.
A continuación, se presenta una tabla en la cuál se resumen las ventajas del producto sólido
versus las desventajas del shampoo líquido, que se explicaron a detalle previamente:
Tabla 1. Comparación de shampoo sólido y shampoo líquido
Shampoo sólido compuesto por surfactante
natural
Es comúnmente comercializado en papel o
cartón biodegradable.
Contiene surfactante natural sólido (SCI) que
aporta bastante espuma sin resecar
La elaboración del tensioactivo no implica la
formación de subproductos químicos tóxicos.
El SCI tiene un efecto acondicionador en la
piel, puede ser utilizada como jabón de
cuerpo.
Una barra de shampoo de 3.5 oz. rinde
alrededor de 120 lavadas.
Shampoo líquido
Es comercializado en envases plásticos que
son desechados irresponsablemente en el
ambiente.
Contiene surfactante artificial líquido (SLES)
que puede producir irritación severa y pérdida
de cabello.
El proceso de producción del SLES puede dar
como resultado un carcinógeno.
El SLES reseca el cuero cabelludo y remueve
los aceites naturales del cabello.
Una botella mediana de shampoo de 300 ml
rinde alrededor de 25 lavadas.
21
1.5. Resultados esperados
Una vez que se haya implementado el proyecto se espera posicionar el producto en líneas
de mercado mayoritario como lo son supermercados y farmacias reconocidas. Al industrializar un
proceso de producción que en la actualidad en el país es artesanal, se crea un producto consistente
y de calidad en menos cantidad de tiempo. Este producto será ideal para introducir en grandes
líneas de mercadeo. Además, se espera que el shampoo sólido tenga una buena acogida, y al igual
que el shampoo líquido, se convierta en un producto de consumo masivo. Es importante destacar
que en la actualidad no existe otra industria en el Ecuador que se dedique a la fabricación de
shampoo sólido, por lo tanto, la única competencia que existe es la de producción de shampoo
líquido. A pesar de que ambos productos tienen las mismas funciones, el shampoo en barra tiene
mayores beneficios tanto para el consumidor como para el medio ambiente, por lo tanto, se espera
que en un futuro el shampoo en barra tenga incluso más ventas que el shampoo convencional.
Expansión de línea de productos
Tomando en cuenta que el producto va a ser parte de un mercado competitivo en el cual se
presentan ideas innovadoras a diario, es importante mantener al producto actualizado y en
tendencia. En un principio, se van a introducir 3 formulaciones de shampoo al mercado: shampoo
para cabello reseco, shampoo para cabello graso y shampoo para cabello maltratado. Una vez que
la planta esté funcionando y se haya recuperado el capital invertido, se planea expandir la línea de
producción para satisfacer la diversa demanda del consumidor, pues ya existe una amplia línea de
opciones de shampoo líquido que tratan distintos tipos de cabello. No solo se va a innovar en
nuevas formulaciones de shampoo, sino que también se va a crear una línea completa de productos
de aseo que incluye: cremas de cuerpo, desodorante, pasta de dientes, jabón de manos y cuerpo,
22
entre otros. Además, también se creará una línea de productos de higiene exclusivamente para
hombres. Todos estos productos serán conocidos por ser eco-amigables y únicos dentro de su
categoría, compartiendo los mismos beneficios que el shampoo en barra.
Expansión de línea de producción
Dos ingredientes que son indispensables y se utilizan en grandes cantidades para la
producción de shampoo sólido son: surfactantes y aceites esenciales. Con el fin de abarcar más
mercado e incentivar el uso de materias primas naturales, se pretende expandir la línea de
producción. La planta también se dedicará a la producción del surfactante cocoil isetionato de
sodio (SCI) y de los aceites esenciales que se utilizan en mayor volumen. Es importante tomar en
consideración que el surfactante mencionado no se produce ni tampoco se comercializa en el
Ecuador actualmente; esta sería la primera empresa ecuatoriana en ofrecer esta materia prima. La
materia prima producida se utilizará en el proceso de producción del shampoo sólido, y se
distribuirá el surfactante y los aceites esenciales a empresas con actividades afines.
Apertura de una tienda propia
Finalmente, una vez implementado el proyecto, se pretende abrir un local propio en el cual
se van a vender todos los productos de la empresa, tanto el shampoo sólido, como el resto de los
productos de aseo. En este local no solo se podrá adquirir los productos fabricados, sino que el
cliente también tendrá la oportunidad de preparar su propio shampoo de acuerdo con sus
necesidades. Es decir, podrá escoger los aceites esenciales que componen su barra, creando un
producto personalizado y distinto a los que se encuentran en el mercado. Esta es una idea novedosa
23
que va a permitir que el shampoo en barra se haga más conocido y le va a brindar al consumidor
más que un producto, una experiencia.
2. BASES DEL DISEÑO
2.1. Fundamentos teóricos
2.1.1. Surfactante
Los surfactantes son agentes tensioactivos capaces de reducir la tensión superficial de una
solución. Estos compuestos tienen una estructura que consta de una cabeza hidrofílica o soluble
en agua, que le permite unirse a las moléculas de agua, y una cola lipofílica que se adhiere a
partículas de aceite y suciedad [5]. En la fase bulk acuosa, los tensioactivos forman agregados
conocidos como micelas, en donde las colas hidrofóbicas forman el núcleo de la micela y las
cabezas hidrofílicas están en contacto con el líquido que las rodea. Las micelas capturan el aceite
y la suciedad, cuando se enjuaga el cabello, se lavan disolviendo la grasa efectivamente [13]. Los
surfactantes pueden derivar de fuentes naturales como el aceite de palma y de coco, y se producen
sintéticamente combinando aceites vegetales con moléculas afines al agua, como iones de amonio
o sulfato. Los surfactantes en los productos de aseo cumplen la función de limpiar y crear espuma,
y se clasifican en función de la carga de su cabeza polar que puede ser positiva, negativa o sin
carga. Los detergentes de shampoo se clasifican en 5 categorías diferentes: aniónicos, catiónicos,
no iónicos, anfóteros y naturales; cada detergente posee diferentes características de limpieza y
acondicionamiento del cabello [14].
24
2.1.2. Agentes espesantes/endurecedores
Los agentes espesantes o endurecedores son compuestos que aumentan la viscosidad de
una mezcla sin modificar el resto de sus propiedades. Estos agentes aportan consistencia, textura
y forma a las mezclas. Los agentes espesantes que se utilizan en formulaciones cosméticas son
espesantes lipídicos y están compuestos principalmente de materiales lipofílicos. Típicamente,
estos compuestos son sólidos a temperatura ambiente, pero al calentarse son líquidos viscosos para
incorporarse en emulsiones. Son utilizados en cremas, shampoos y pasta de dientes [15].
2.1.3. Aceites esenciales
Los aceites esenciales son sustancias que se extraen de flores, frutas y vegetales y tienen
varias propiedades beneficiosas para el ser humano. Se obtienen a partir de destilación o prensado
mecánico y el extracto obtenido retiene el olor y sabor natural de su fuente. Cada aceite esencial
tiene una composición única de compuestos químicos que le da su olor y propiedades particulares.
Típicamente, los aceites esenciales son utilizados en aromaterapia y en la industria cosmética [16].
2.2. Descripción del producto
Para el desarrollo de este proyecto se crearon 3 distintos tipos de shampoo sólido según la
necesidad del consumidor: shampoo para cabello reseco, shampoo para cabello graso, shampoo
para cabello maltratado. Todas las barras están compuestas por la misma base de ingredientes y se
diferencian por los aceites esenciales, las fragancias y los pigmentos utilizados. Es importante
tomar en cuenta que los aceites esenciales se escogieron de acuerdo con el tipo de cabello que se
desea tratar. Las formulaciones de los 3 tipos de shampoo se presentan en las tablas A.1.1. a A.1.4.
25
que se encuentran en Anexos A.1., e incluyen la siguiente información: ingredientes, función de
cada ingrediente, cantidad, proveedor y precio de producción de una sola barra.
Características físicas de la barra de shampoo
El producto recién obtenido va a ser una barra redonda de shampoo sólido de peso 100 g o
3.5 oz, y con dimensiones de 6 cm de diámetro y 2 cm de ancho; esta barra rendirá alrededor de
120 lavadas que equivale a 5 botellas medianas de shampoo líquido de 300 ml. Cada formulación
de shampoo se va a distinguir por su fragancia y color característico, por ejemplo, la presentación
del shampoo para cabello reseco es una barra amarilla con olor característico a coco. El shampoo
para cabello graso es una barra de color verde con olor refrescante a limón hierbabuena, y el
shampoo para cabello graso se distingue por ser una barra de color lila de fragancia floral. Este
producto va a ser comercializado en cajas de cartulina antigrasa, que serán elaboradas con fibra de
caña de azúcar. El interior de la caja es encerado con el fin de evitar que los aceites que contiene
la barra de shampoo transpiren hacia el exterior del empaque. La caja del shampoo va a incluir el
logo del producto, el nombre del shampoo y el peso en onzas; en la parte posterior de la caja se
presentan los ingredientes del producto.
Almacenamiento de producto y materias primas
El producto se va a almacenar en bodegas con temperatura adecuada para conservarlo, y
se transportará en camioneta. Para determinar la temperatura a la cual se debe almacenar y
transportar el producto y las materias primas, se crea una ficha de datos de seguridad (FDS) para
cada ingrediente involucrado en el proceso de producción (Referencia Anexo A.3.). Estas fichas
técnicas incluyen información importante como: punto de ebullición, fusión e inflamación de cada
26
compuesto. A partir de estos datos fue posible determinar no solo la temperatura a la cual se van a
almacenar tanto las barras de shampoo como las materias primas que la componen, si no que
también se establecieron las condiciones de operación. En cuanto al almacenamiento del producto
y de materias primas, se deben mantener en un espacio ventilado, fresco y lejos de fuentes de calor,
ignición y de la acción directa de los rayos solares. La bodega de almacenamiento debe mantenerse
a una temperatura de 20 ℃ sin sobrepasar la temperatura ambiente. Esto se va a lograr con
ventiladores que van a ayudar a que circule el aire y manteniendo el espacio oscuro.
2.3. Descripción de materias primas
Cocoil isetionato de sodio
Los surfactantes naturales son efectivos y no tienen un efecto irritante en la piel; se
consideran naturales por que provienen de componentes vegetales y su elaboración no implica la
formación de subproductos químicos tóxicos. El cocoil isetionato de sodio (SCI) es un surfactante
aniónico sólido de origen vegetal que se obtiene de los ácidos grasos procedentes del coco. El SCI
es un polvo blanco o granulado (micro pellets) con pH de entre 4.5 y 7.5. Es un excelente
detergente y emulsionante y aporta abundante espuma a las formulaciones cosméticas sin resecar
la piel ni el cuero cabelludo. Tiene un efecto acondicionador y humectante en la piel y en el cabello,
y es compatible con otros tensioactivos aniónicos. Este surfactante se considera más suave que los
tensioactivos artificiales, debido a que su densidad de carga micelar es baja y a que el tamaño de
sus micelas dificulta su penetración a la piel [10]. Este agente limpiador es lo suficientemente
suave para usar en pieles delicadas, lo que le convierte en un surfactante ideal para cosméticos y
productos de aseo.
27
Vinagre de manzana
El vinagre de manzana tiene varias propiedades que benefician al cabello; por ejemplo,
ayuda a equilibrar el balance ácido del cabello y cuero cabelludo ya que restaura el pH natural del
mismo sin despojarlo de sus aceites naturales. El vinagre de manzana también ayuda a sellar la
cutícula del cabello haciendo que luzca suave y brillante. Este ingrediente funciona como
acondicionador natural, ayuda a desenredar el cabello, lo suaviza y disminuye el frizz. Es un buen
agente de limpieza, así como un eficaz eliminador de germen; las propiedades antisépticas y
desinfectantes del vinagre de manzana, ayudan a combatir la caspa. Finalmente, ayuda al
crecimiento del cabello ya que estimula la circulación de los folículos pilosos, fortaleciendo las
raíces del cabello y promoviendo su crecimiento saludable [17]. Para garantizar la obtención de
un producto de aseo personal efectivo y suave para la piel del consumidor, es posible controlar y
modificar el comportamiento fisicoquímico de un tensioactivo, con el fin de minimizar sus
propiedades irritantes en caso de que se utilice un surfactante artificial. Al mezclar diferentes tipos
de surfactantes compatibles e incompatibles, sólidos y líquidos, naturales y artificiales, disminuyen
los efectos irritantes del surfactante artificial [18]. El vinagre de manzana se considera un
surfactante natural ya que cuando se disocia en el agua, se reduce la tensión superficial de la
solución [19].
Ácido esteárico
Con el fin de obtener un producto sólido que no se desintegre ni se rompa con facilidad, se
utilizan agentes espesantes y endurecedores como lo son el ácido estérico y el alcohol cetílico. El
ácido esteárico es un ácido graso saturado que está presente en la mayoría de las grasas animales
y vegetales. A temperatura ambiente es un polvo blanco prácticamente inodoro. Este compuesto
28
se utiliza en la industria cosmética como endurecedor de jabón y emulsionante en cremas. En
cuanto a la producción de shampoo sólido, este ácido actúa como agente espesante y proporciona
dureza al producto, ajusta el pH del shampoo en el caso de que este sea muy alcalino, y sirve como
humectante del cuero cabelludo [20].
Alcohol cetílico
El alcohol cetílico es un alcohol graso que se obtiene a partir de aceites de vegetales como
la palma o el coco. A temperatura ambiente este compuesto se presenta como un sólido blanco y
ceroso. Actúa como agente espesante y emulsionante evitando la separación de los ingredientes
que conforman la barra de shampoo sólido. Este también es un ingrediente suavizante e hidratante
que humecta y protege tanto el cuero cabelludo como el cabello [21].
Manteca de cacao
Tanto la manteca de cacao como la glicerina vegetal son materias primas naturales que
humectan la piel y el cabello. Estos compuestos también son considerados agentes compactantes
o “binders” naturales que ayudan a endurecer al shampoo sólido. La manteca de cacao es una grasa
de origen vegetal comestible procedente del haba de cacao. Tiene un olor agradable dulce que es
aprovechado en la producción de productos de belleza e higiene. Contiene varios ácidos grasos
como: ácido esteárico, ácido palmítico, ácido araquídico y ácido láurico. La manteca de cacao es
un lubricante natural con varias propiedades beneficiosas para el ser humano. Es un potente
humectante y restaurador de la piel seca y gracias a su contenido en vitaminas A y C restaura las
células de la piel [22].
29
Glicerina vegetal
La glicerina vegetal es una sustancia capaz de absorber la humedad del medio, se obtiene
a partir de los vegetales y se utiliza en la elaboración de diversos productos cosméticos. Su
presentación es un líquido viscoso transparente, y su principal beneficio es el de humectar y
suavizar la piel y el cabello. La glicerina vegetal ayuda a rehabilitar cabellos secos y quebradizos
ya que refuerza sus raíces y calma la irritación del cuero cabelludo. Además, sus propiedades hipo
alergénicas son ideales para pieles sensibles [23].
Aceites esenciales
Los aceites esenciales que se emplean en la producción del shampoo sólido son
componentes importantes del producto ya que son los responsables de dar un tratamiento adecuado
a cada tipo de cabello. Además, brindan un olor agradable y característico a la barra. Para el
tratamiento de cabello reseco se utiliza aceite esencial de menta piperita y de jojoba y aceite vegetal
de coco. En la formulación del shampoo para cabello graso se utilizan los aceites esenciales de
limón, lavanda y árbol de té. Para el cabello maltratado, de igual manera se utilizaron 3 distintos
aceites: aceite de almendras, aceite de oliva y aceite esencial de ylang ylang. En la Tabla A.2.1.
del Anexo A.2. se presentan todas las funciones y propiedades de los aceites mencionados.
Esencias aromáticas y pigmentos naturales
A pesar de que los aceites esenciales y vegetales tienen un olor fuerte característico, la
cantidad que se utiliza es pequeña, por lo tanto, su aroma no es muy notable en el producto final.
Además, es importante tomar en cuenta que el olor del surfactante secundario, vinagre de manzana,
es fuerte y en ciertos casos puede ser abrumador. De hecho, uno de los olores que predomina es el
30
de vinagre de manzana a pesar de que está diluido y se utiliza en pequeñas cantidades. Con el fin
de crear un producto con olor agradable para el consumidor, se agregan esencias aromáticas o
fragancias a cada tipo de formulación de shampoo. Las esencias aromáticas no contienen activos
cosméticos y no aportan ninguna propiedad a las mezclas, por lo tanto, su única finalidad es
perfumar. De esta manera cada barra tendrá un olor característico y será posible identificar el tipo
de shampoo con mayor facilidad. Por otro lado, los compuestos utilizados para la producción de
shampoo sólido son de color blanco o transparente, dando como resultado, una barra de shampoo
blanca. Para que se distingan los diferentes tipos de shampoo y el producto sea más atractivo para
el consumidor, se utilizan pigmentos en polvo. Estos pigmentos son de grado cosmético y no se
transfieren a la piel ni a la ropa.
2.4. Normas y limitaciones
Normas
La fabricación de un producto cosmético implica sujetarse a normas y legislaciones
apropiadas para el tipo de proceso de producción que se va a llevar a cabo. Es importante regirse
a las normativas establecidas por la Agencia Nacional de Regulación, Control y Vigilancia
Sanitaria (ARCSA), que es una entidad pública adscrita al Ministerio de Salud Pública (MSP).
Esta entidad se encarga de controlar y vigilar la calidad, seguridad, eficacia e inocuidad de los
productos de uso y consumo humano [24]. Además, se va a lograr un elevado nivel de protección
de la salud por medio de la Notificación Sanitaria Obligatoria (NSO) y el control y vigilancia de
los productos cosméticos. La NSO es la comunicación con la cual se notifica a las Autoridades
Nacionales Competentes, sobre un producto cosmético que será comercializado en el país [25].
Finalmente, también se van a tomar en cuenta las normas de la Organización Internacional de
31
Normalización (ISO) que aseguran la calidad, seguridad y eficiencia de productos y servicios. Una
de las limitaciones a las cuales está sujeto el desarrollo del proyecto, es cumplir con todas las
normas y legislaciones mencionadas que implican la fabricación de un producto cosmético.
Limitaciones
El reactivo limitante que va a definir el caudal de producción es el surfactante cocoil
isetionato de sodio debido a que no se produce ni se distribuye en el Ecuador. Esta materia prima
tendría que ser importada de otro país, lo que implica una dificultad en su adquisición y falta de
disponibilidad. Para evitar escasez de materia prima, se va a almacenar un suministro de 6 meses
del surfactante en bodegas adecuadas. Además, en el caso de que no sea posible adquirir el
surfactante SCI por cuestiones aduaneras o falta de distribuidores extranjeros, se estudia la
posibilidad de trabajar con el surfactante artificial SLS que se distribuye regularmente en el
Ecuador. Existen varias empresas que comercializan este compuesto en presentación líquida y
sólida. Se va a realizar el análisis económico tomando en cuenta el uso de ambos surfactantes.
Uno de los factores que se debe tomar en cuenta para llevar a cabo una producción exitosa
en la cual el resultado sea la obtención de un producto consiste y de calidad, son las características
fisicoquímicas de las materias primas. Para conocer las condiciones de operación es necesario
conocer puntos de ebullición, fusión e inflamación para determinar las temperaturas a las cuales
se va a trabajar durante el proceso. Si se trabaja a temperaturas inadecuadas, se puede perder
propiedades importantes de las materias primas, y como consecuencia no cumplirían su función;
esto resultaría en la obtención de una barra de shampoo inconsistente que no cumpliría con las
especificaciones del producto y las expectativas de los consumidores. Por ejemplo, si se calientan
32
los agentes endurecedores a una temperatura mayor a su punto de ebullición, estos cambian su
composición y dejan de endurecer y espesar el producto.
Si los aceites esenciales son sometidos a temperaturas mayores a sus puntos de humeo,
estos pueden descomponerse, perder propiedades y disminuir su calidad. En el caso del surfactante,
si se mezcla con una solución caliente que sobrepase su temperatura de ebullición, el compuesto
se descompone y pierde sus efectos espumantes y de limpieza. Para conocer las condiciones de
operación y almacenar correctamente todas las materias primas que componen al producto, es
necesario conocer sus características fisicoquímicas. Por esta razón, se crearon fichas de seguridad
para cada materia prima que se encuentran en el Anexo A.3.
2.5. Ubicación de planta
Debido a que los proveedores se encuentran tanto en Quito como en Guayaquil, la planta
podría ubicarse en cualquiera de estas dos ciudades. La planta se va a ubicar en la capital del país,
específicamente en la zona industrial de Tambillo. La Parroquia de Tambillo se encuentra situada
en el Cantón Mejía, al norte de la cabecera cantonal Machachi. Está ubicado a 2,800 m sobre el
nivel del mar y presenta un clima húmedo templado durante todo el año. La temperatura media
anual es de 18.1℃ y los meses lluviosos son septiembre y mayo mientras que los más secos son
julio y agosto. Tambillo se encuentra a 20 minutos de la ciudad de Quito y está ubicada sobre la
Vía Panamericana, la cual le da fácil acceso a las parroquias aledañas [26]. La empresa se ubicaría
estratégicamente en este sector que es conocido como industrial y ganadero debido a que es alejado
de la ciudad y tiene una población pequeña de 7,000 habitantes. En cuanto a la movilización entre
parroquias y a la ciudad de Quito, Tambillo cuenta con buses inter parroquiales.
33
2.6. Selección del proceso
Actualmente existen dos diferentes tipos de shampoo sólido en el mercado, el uno es una
barra de shampoo a base de jabón que se produce por medio de saponificación y utiliza ácidos
grasos saturados. El otro tipo de shampoo que se comercializa, es conocido como shampoo syndet
(abreviatura en inglés “synthetic detergents”). Este tipo de shampoo sólido es el producto que se
obtiene a partir de la mezcla de distintos detergentes sintéticos. Estos detergentes que tienen
afinidad por los aceites, rodean a la grasa y a la suciedad del cabello con pequeñas estructuras
(micelas) que son removidas con agua [27].
Shampoo sólido a base de jabón
El proceso para elaborar barras de shampoo sólido a base de jabón, se conoce como
saponificación y no utiliza surfactantes de ningún tipo. La barra esta compuesta por una variedad
de ácidos grasos saturados que producen espuma cuando se saponifican con otros aceites y
mantecas naturales. La saponificación consiste en mezclar grasas y aceites con hidróxido de sodio
o potasio. El hidróxido de sodio se conoce más comúnmente como sosa cáustica o lejía. Cuando
se combina con triglicéridos, solidifica los aceites y su resultado es jabón o en este caso, shampoo
en barra. Primero se cocinan y se mezclan los aceites y las mantecas en un baño maría. Mientras
tanto se agrega agua al hidróxido de sodio y se calienta hasta diluir. Una vez que la mezcla de
aceites y la mezcla de hidróxido de sodio hayan llegado a una temperatura entre 30 y 45℃, se
combinan hasta obtener una consistencia espesa. Finalmente se coloca la mezcla en un molde y se
deja reposar por un tiempo mínimo de 24 horas, este tiempo se conoce como curado. Después del
34
curado es posible cortar y moldear la barra [28]. A continuación, se representa el proceso explicado
en un diagrama de bloque:
Figura 1. Diagrama de bloque de proceso de producción de shampoo en barra utilizando
saponificación
Desventajas de shampoo sólido a base de jabón
A pesar de que las barras de shampoo a base de jabón no contienen detergentes sintéticos
que pueden irritar la piel, son más alcalinas de lo considerado compatible con el pH natural del
cabello; esto provoca que quede seco y sin brillo. De hecho, para nuevamente equilibrar el pH del
cabello después de haber utilizado esta barra, se recomienda enjuagarlo con vinagre de manzana
diluido. Al repetir este proceso varias veces el cabello está expuesto a debilitarse perdiendo su
brillo natural y provocando su caída. Por otro lado, este tipo de shampoo contiene un alto contenido
de glicerina, grasas y mantecas que pueden dejar al cabello seboso. Finalmente, vale la pena
recalcar que debido a que esta barra de shampoo esta compuesta por ingredientes diferentes a los
que componen al shampoo líquido tradicional, existe un periodo de transición durante el cual el
cabello se acostumbra al producto nuevo. Existen casos en los cuales el cabello no tolera al nuevo
tratamiento que está recibiendo y el consumidor debe buscar otra opción.
35
Shampoo sólido con detergentes sintéticos
El proceso para la elaboración de las barras de shampoo compuestas por detergentes
sintéticos, barras de shampoo syndet, no involucra una reacción química ya que consiste
únicamente en la mezcla de las materias primas. En una mezcladora se mezclan los siguientes
compuestos: surfactante, vinagre de manzana, glicerina vegetal y el pigmento en polvo; esta es la
mezcla seca. Se calientan los agentes espesantes y endurecedores en baño maría hasta obtener una
mezcla homogénea líquida viscosa. Se retira la mezcla líquida del baño maría, se deja reposar un
minuto y se procede a añadir los aceites esenciales y la fragancia. Se combina la mezcla seca con
la mezcla líquida en la mezcladora hasta obtener una masa arenosa que se pueda compactar. Para
homogenizar la mezcla se coloca en la extrusora y se obtienen pellets de shampoo similares a la
forma final de la barra de shampoo (cilindros de 3 cm de diámetro y 5 cm de ancho). Se colocan
uno por uno los cilindros de shampoo en las cavidades de la compactadora, y se compacta el
producto para obtener la forma redonda de la barra. El proceso de producción se representa con el
siguiente diagrama de bloque:
Figura 2. Diagrama de bloque de proceso de producción industrializado de shampoo en barra
36
Ventajas del shampoo sólido con detergentes sintéticos
Las barras de shampoo producidas con detergentes sintéticos tienen varios beneficios para
el consumidor. Primero, crean bastante espuma lo que ayuda a lavar el cabello efectivamente. A
diferencia de las barras de shampoo a base de jabón, e incluso el shampoo líquido tradicional, este
tipo de shampoo genera una cantidad generosa de espuma que mejora la experiencia de aseo y lava
el cabello más fácilmente. Las barras de shampoo syndet no remueven en exceso los aceites
naturales del cabello, fortaleciéndolo y manteniéndole sano. Finalmente, estas barras tienen un pH
menor a las barras de shampoo a base de jabón, similar al pH natural del cuero cabelludo. El
cabello no es maltratado y no es necesario atravesar por una etapa de transición que implica probar
un producto nuevo. Las barras syndet funcionan de la misma manera que el shampoo líquido
tradicional, por lo tanto, desde su primer uso se obtienen los mismos resultados.
Selección de proceso
El proceso de producción de una barra de shampoo que utiliza detergentes es más simple
ya que solo implica la mezcla de distintos componentes, mientras que el otro proceso mencionado
implica una reacción química. Además, el proceso de elaboración de barras syndet no requiere de
tiempos prologados para obtener el producto final, ya que las barras de shampoo serán
compactadas y no tendrán que pasar por la etapa de reposo o curado. La elaboración de las barras
de shampoo a base de jabón requiere de un tiempo mínimo de 24 horas que retrasa y entorpece el
tiempo de producción. Por estas razones, el procedimiento que se llevará a cabo es aquel que se
emplea para producir barras de shampoo syndet
37
Procesos aduaneros
Una vez establecido el tipo de proceso y barra que se va a producir, se ha determinado que
se va a utilizar el surfactante natural cocoil isetionato de sodio (SCI). Actualmente en el Ecuador
no existe ninguna empresa que importe el tensioactivo SCI, por lo tanto, el proveedor de este
compuesto será la empresa china “Landy Enterprise Limited” ubicada en Anhui. Esta empresa es
distribuidora de productos químicos y trabaja con un modelo de comercio internacional de primer
nivel [29]. Al ser la primera empresa que va a importar este producto, es necesario regirse a las
normas y regulaciones de importación impuestas por el país. Como primera instancia es necesario
adquirir una licencia para importaciones; todo este trámite se puede llevar a cabo con la asesoría
de un agente aduanero. Los productos que se importan al país son clasificados según sus
propiedades y función; a cada uno de ellos le corresponde una subpartida arancelaria. Mediante
este código arancelario es posible conocer todos los requisitos para importar la materia prima, en
el caso de que esté permitido. Una vez finalizado este procedimiento, se conocería las cantidades
permitidas que se puede importar y costos de impuestos arancelarios. Si no se conoce la subpartida
arancelaria del producto, el Servicio Nacional de Aduana del Ecuador (SENAE), sugiere que para
obtener un costo aproximado del producto que se quiere importar, se suma el 30% al costo original
del mismo [30].
3. DISEÑO DE PROCESO
3.1. Caudal de producción
Estudio de mercado
Con el objetivo de establecer un caudal de producción adecuado, se estudió al mercado por
medio de encuestas que ayudaron a determinar qué porcentaje de una población estimada
38
compraría el producto. Se realizó una encuesta de 9 preguntas a 100 personas al azar (la encuesta
y resultados se encuentran en el Anexo B.1.) por medio de redes sociales, ya que en esta plataforma
existe un mercado amplio de consumidores. A partir de la información recolectada, fue posible
determinar que efectivamente el shampoo es considerado muy importante en la rutina de aseo
personal. Esta información justifica la predicción realizada en resultados esperados de que el
shampoo es un producto de primera necesidad utilizado por todo tipo de consumidor. También se
determinó que la persona promedio compra una botella de shampoo de 300 ml en un lapso de 1 a
2 meses, pagando por ella aproximadamente de 4 a 7 dólares. Este dato comprueba el hecho de
que el shampoo líquido convencional rinde la mitad de lavadas que el shampoo en barra. Los
resultados de las encuestas indican que el 90% de la población estaría dispuesto a probar el
shampoo en barra, lo que permite pronosticar que el producto tendrá una buena acogida y
aceptación.
Reactivo limitante
Para establecer un caudal de producción, es importante determinar los reactivos o materia
prima limitante dentro del proceso. Como se había mencionado anteriormente, el cocoil isetionato
de sodio es un surfactante que no se produce ni se distribuye en el Ecuador. Se recomienda tener
una provisión que dure 6 meses para así evitar la discontinuidad de la producción. También se
estudia la posibilidad de utilizar un tensioactivo artificial que se comercializa en el país.
Caudal de producción
Basándose en el estudio de mercado y en la determinación del reactivo limitante, se van a
elaborar 100 barras de cada formulación de shampoo por día, lo que implica una producción de
39
300 barras semanales, 1,200 barras mensuales y 14,400 barras de shampoo sólido anuales.
Inicialmente, la producción abastecerá únicamente el mercado de consumidores que deseen
incursionar con el producto. Una vez que el producto haya sido aprobado y sea demandado por el
consumidor, la producción anual incrementaría para satisfacer las necesidades del cliente. La
planta va a operar 4 días a la semana, de lunes a jueves; lunes, martes y miércoles se destinarán a
la producción de un tipo de shampoo por día. Los días jueves se empaquetará y transportará el
producto para su distribución. Esta logística se detalla en la Tabla B.2.1 del Anexo B.2.
3.2. Balance de masa
Para el diseño del proceso es necesario definir caudales y composiciones de las corrientes
involucradas (ver diagrama de bloque en Figura 2). A partir del caudal de producción se realizaron
los balances de masa para cada operación unitaria según la metodología detallada en el
Anexo C.2.2. En la siguiente tabla se resumen las corrientes y caudales que ingresan al proceso:
Tabla 2. Corrientes obtenidas de balances de materia
Corriente
C1
C2
C3
C4= C1+C2+C3
C5=C4
C6=C5=C4
C7
Operación
Unitaria
Materia prima
Surfactante
Vinagre de manzana
Mezcla
Glicerina vegetal
Pigmento en polvo
Alcohol cetílico
Baño maría
Ácido esteárico
Manteca de cacao
Aceites esenciales
Fragancia
Mezcla’
Mezcla
Extrusión
Mezcla arenosa
Compactación Cilindros de shampoo
Barra shampoo redonda
Flujo
[kg/día]
7.0
0.50
0.40
0.05
0.30
0.55
0.40
0.70
0.10
10
10
10
100 barras
Flujo total
[kg/día]
7.95
1.25
0.80
10
10
10
100 barras
40
Se utilizan 10 kg de materia prima para producir 100 barras de shampoo sólido, tomando en cuenta
que cada barra tiene un peso de 100 g.
4. DISEÑO DE LA PLANTA
4.1. Selección de equipos
El proceso de producción consta de 4 operaciones unitarias que se llevarán a cabo en una
mezcladora, equipo industrial de baño maría, extrusora y compactadora. Es importante aclarar que
a pesar de que hay dos operaciones unitarias de mezcla, se va a utilizar solo un equipo para este
proceso tomando en cuenta el volumen mayor que ingresa. En el mercado, la mezcladora y el
equipo de baño maría se encuentran disponibles tanto para producciones pequeñas como para
producciones en masa, por lo tanto, se van a adquirir estos equipos con características similares a
las requeridas directamente de un distribuidor. Por otro lado, existe una variedad de extrusoras en
la industria para distintos propósitos, en este caso se necesita una extrusora de jabón, sin embargo,
este equipo típicamente es diseñado para caudales de producción grandes. Tomando en
consideración que la producción de la planta es pequeña, se considera más efectivo diseñar y
construir una extrusora de shampoo sólido que cumpla con los requerimientos. Además, debido a
que no existen compactadoras industriales de shampoo sólido en el mercado, también se va a
diseñar este equipo con el cual será posible compactar varias barras de shampoo a la vez,
optimizando el tiempo de producción y asegurando que el producto cumpla con altos estándares
de calidad. Los diseños 3D de los equipos y sus respectivas proformas se encuentran en el Anexo
E y F respectivamente.
41
4.2. Dimensionamiento de equipos y balance de energía
A partir de los caudales obtenidos de los balances de masa, es posible determinar la
capacidad de los equipos. Con esta información se dimensiona cada equipo utilizando la
metodología presentada en el Anexo C.2.3. En base al balance de masa y el dimensionamiento de
equipos se realizan los balances de energía para obtener sus requisitos energéticos. La mezcladora,
la extrusora y la compactadora son equipos potenciados por un motor; el equipo de baño maría es
un equipo de calentamiento que requiere calor. El procedimiento para realizar el balance de energía
se encuentra en el Anexo C.2.2. y los respectivos cálculos en el Anexo D.1.3.
Diagrama de flujo
La Tabla 3 se resumen los datos más relevantes que se obtuvieron a partir del
dimensionamiento de equipos y balances de energía. También se presenta el diagrama de flujo que
indica las operaciones unitarias y las corrientes del proceso que se detallan en la Tabla 3. Este
diagrama incluye el compresor (C-1) que recibe corriente de aire atmosférico (C8) que activa la
compactadora.
Figura 3. Diagrama de flujo de proceso de producción del shampoo sólido
42
Tabla 3. Resultados de dimensionamiento de equipos
Equipo
E-1:
Mezcladora de
paleta
E-2:
Baño maría
E-3:
Extrusora de
tornillo
E-4:
Compactadora
C-1:
compresor
Características Principales
Capacidad/Volumen
Diámetro de tanque
Longitud de tanque
Tipo agitador
Diámetro de agitador
Velocidad de agitador
Potencia de motor
Capacidad/Volumen
Valor
0.0235
0.247
0.592
Paleta ancla
0.0822
150
1.131 × 10"!
0.0182
Unidad
m!
m
m
m
rpm
kW
m!
Largo
Alto
Ancho
0.722
0.417
0.209
m
m
m
Eficiencia
70
%
Calor requerido
5.594 × 10"!
kW
Capacidad/Volumen
Longitud de carcasa
Diámetro de carcasa
Longitud de tornillo
Diámetro de tornillo
Altura de tolva
Potencia de motor
Capacidad/Matriz
Presión de compresión
Tipo de cilindro
Número de cilindros
Fuerza de cilindro
Diámetro de vástago
Diámetro émbolo
Consumo de aire
Volumen de tanque
Potencia de motor
0.0235
0.66
0.151
0.60
0.15
0.263
0.0333
25
137.90
ADN doble efecto
8
7,363
20
80
0.6
0.296
5.59
m!
m
m
m
m
m
kW
cavidades
psi
N
mm
mm
cfm
m!
kW
43
A partir del dimensionamiento de los equipos y los balances de energía realizados, se calculan los
costos de equipos, costos de producción y costos de la planta que se detallan en el próximo
capítulo.
5. ANÁLISIS ECONÓMICO
Uno de los inconvenientes que se presenta es la dificultad de adquirir el surfactante natural
cocoil isetionato de sodio (SCI) que no es producido ni comercializado en el país. En caso de
existir problemas en la importación de la materia prima, existe la posibilidad de reemplazar el
surfactante natural por el surfactante artificial lauril sulfato de sodio (SLS) en polvo, que está
disponible permanente en el mercado ecuatoriano. El lauril sulfato de sodio es un excelente
detergente y espumante pero irrita la piel al remover en exceso sus aceites naturales [31]. A pesar
de esta propiedad, el SLS es ampliamente utilizado en productos cosméticos y de cuidado personal
ya que se ha determinado como seguro para los consumidores y el medio ambiente [32]. Para el
desarrollo del análisis económico se toma en cuenta una producción que utiliza el SCI y otra
producción que utiliza el SLS. La metodología que se utiliza para calcular todos los componentes
que incluye el análisis económico se detalla en el Anexo C.3.
5.1. Métodos de estimación
La estimación de la inversión se considera el primer presupuesto para la implementación
de la planta y permite decidir la viabilidad del proyecto [33]. Se va a emplear 3 métodos para la
estimación de costos: método de Lang, de Hand y método factorial detallado. Cada método
considera diferentes factores correctivos y de instalación de equipos.
44
Los costos que se obtuvieron a partir de los distintos métodos son:
Tabla 4. Estimación de costos utilizando distintos métodos
Método de Lang
𝑪𝑳 [$]
120,804.84
Estimación de costos
Método de Hand
Método factorial detallado
𝐶$ [$]
𝐶%& [$]
98,153.94
90,719.51
La estimación más alta se obtiene a partir del método de Lang, esto se debe a que es menos
específico ya que solo considera un factor que depende del tipo de procesamiento. Por otro lado,
el método de Hand y el método factorial detallado consideran otros factores como factor de
material, de montaje de equipo, de tuberías, entre otros, que resulta en la obtención de costos más
cercanos a la realidad.
5.2. Inversión de capital fijo y capital de trabajo
La inversión de capital fijo incluye el costo total de diseño, construcción e instalación de
la planta. Esta inversión se compone del costo ISBL, costo OSBL, costos de ingeniería y
construcción, y los gastos imprevistos. Por otra parte, el capital de trabajo es la inversión adicional
que se requiere para poner en marcha el proyecto hasta que este empiece a generar ingresos. Los
valores de los costos mencionados se presentan a continuación:
Tabla 5. Inversión de capital fijo y capital de trabajo
Costo ISBL
[$]
Costo OSBL
[$]
Inversión
capital fijo [$]
93,321.56
37,328.62
183,760.26
Inversión capital de trabajo [$]
Barra con SLS
42,733.54
Barra con SCI
44,074.18
45
5.3. Costos de producción
Uno de los componentes del capital de trabajo es el valor de inventario de productos y
subproductos que se calcula a partir de los costos de producción que incluye costos de producción
variables y fijos. Los costos de producción variables son los costos proporcionales al rendimiento
y al caudal de producción. Se toma en cuenta el costo de materias primas, servicios básicos,
transporte y embalaje. Al contrario, los costos de producción fijos no son susceptibles a cambios
en la eficiencia del proyecto e incluyen costos de labor de operación, supervisión, gastos salariales,
mantenimiento, impuestos sobre propiedad, alquiler de tierra, gastos generales de planta, gastos
medioambientales y licencias. El costo en efectivo de producción anual (CCOP) es la suma de los
costos de producción fijos y variables. La siguiente tabla muestra los costos de producción.
Tabla 6. Costos anuales de producción variables y fijos y CCOP
Costos de producción
variables 𝑽𝑪𝑶𝑷 [$]
Barra SLS
Barra SCI
30,527.11
35,768.71
Costos de producción fijos
𝑭𝑪𝑶𝑷 [$]
Barra SLS
Barra SCI
55,848.95
Costo en efectivo de
producción CCOP [$]
Barra SLS
Barra SCI
86,376.06
91,617.66
5.4. Componentes de los ingresos del proyecto
Ingresos
Se calculan los ingresos anuales que se obtienen a partir de la venta de shampoo compuesto
por SCI y por SLS. Debido a que el surfactante natural es más costoso que el surfactante artificial
ya que tiene mejores propiedades, la barra de SCI tiene un precio de venta superior que
consecuentemente va a generar mayores ingresos, como se puede observar en la Tabla 7.
46
Tabla 7. Ingresos por ventas anuales considerando dos distintos surfactantes
Caudal de
producción anual
14,400 barras SCI
14,400 barras SLS
Costo barra
incluido IVA [$]
11.00
12.00
Ingresos por
venta anuales [$]
158,400.00
172,800.00
Margen bruto
El margen bruto es igual a los ingresos por ventas menos el costo de materia prima. A
continuación, se compara el precio de venta de la barra con su costo de producción tomando en
cuenta solamente las materias primas.
Tabla 8. Margen bruto del proyecto
Tipo de barra
Formulación 1: cabello reseco
Formulación 1: cabello graso
Formulación 1: cabello maltratado
Costo de producción
barra [$]
1.44
1.67
1.59
Precio de venta
al público [$]
12.00
Margen bruto
[%]
88
86
87
Beneficios
Para analizar la rentabilidad del proyecto se calcula la inversión inicial total, que es la suma
del capital fijo y del capital de trabajo, y el beneficio neto anual de la planta que es el ingreso por
ventas menos costos de producción e impuestos. El costo de inversión inicial y el beneficio neto
se presentan en la siguiente tabla:
Tabla 9. Inversión total y beneficio neto anual de la planta
Inversión inicial total [$]
Barra SLS
Barra SCI
226,493.80
227,834.44
Beneficio neto [$]
Barra SLS
Barra SCI
61,721.71
68,590.51
47
5.5. Tiempo de recuperación y ROI
El tiempo en el cual se va a recuperar el capital invertido para la ejecución del proyecto se
conoce como el tiempo de recuperación. El periodo de recuperación es un factor importante que
ayuda a determinar si es factible emprender el proyecto; un tiempo de recuperación muy extenso
puede significar pérdidas para la planta y una mayor inversión en repuestos y mantenimiento. El
ROI (en inglés return on investment) es el retorno de inversión y es un indicador financiero que
ayuda a medir y proyectar los resultados económicos de las inversiones de un proyecto y su
viabilidad [34]. Representa la relación entre la inversión inicial y el beneficio bruto e indica qué
porcentaje de lo invertido se ha recuperado.
Tabla 10. Tiempo de recuperación y retorno de inversión (ROI)
Tiempo de recuperación [años]
Barra SLS
Barra SCI
3.67
3.32
ROI [%]
Barra SLS
27.25
Barra SCI
30.11
Como se puede apreciar en la Tabla 10, el tiempo de recuperación considerando dos producciones
con distintos surfactantes es aproximadamente 4 años. Además, el ROI indica qué porcentaje de
lo invertido se ha recuperado, ya que este valor es positivo, en definitiva, se están generando
ingresos. A partir de los componentes de los ingresos del proyecto es posible analizar si es rentable,
factible y viable.
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1. Conclusiones
El shampoo es un producto básico de higiene personal que se utiliza para la limpieza y
cuidado del cabello. En la actualidad, es un producto de primera necesidad que se consume de
48
manera masiva a nivel mundial, sin embargo, representa un impacto negativo en el ambiente ya
que los envases plásticos en los que se comercializa son desechados irresponsablemente
aumentando la contaminación de plástico en océanos y botaderos. Una de las tendencias de
cuidado personal más importantes es el shampoo en barra ya que es considerado un revolucionario
cosmético sustentable para el lavado diario. Se introducirá al mercado una barra de shampoo
compuesta por el surfactante o detergente natural cocoil isetionato de sodio (SCI). No tiene una
envoltura plástica, la barra está compuesta por un surfactante natural ideal para pieles sensibles, es
un producto que rinde más que el shampoo convencional y es multipropósito. El objetivo principal
de este proyecto es realizar un estudio de prefactibilidad para una planta de producción de shampoo
sólido compuesto por detergentes. Con el fin de determinar si el proyecto es viable en el Ecuador,
se plantearon 3 objetivos específicos: el desarrollo del diseño del proceso, diseño de la planta y el
análisis económico.
Como primer paso, se seleccionó el proceso de producción del shampoo sólido, tomando
en cuenta que se van a producir barras de shampoo syndet (compuestas por detergentes). Este
proceso es sencillo ya que solo implica la mezcla física de las materias primas y los balances de
masa son representados por la ecuación entrada es igual a salida. Para el diseño del proceso, se
estableció un caudal de producción pequeño, de apenas 10 kg de shampoo sólido al día. Esta
decisión influyó en el dimensionamiento de los equipos ya que sus capacidades son pequeñas a
diferencia de los de una planta industrial convencional. Tanto las dimensiones de lo equipos como
sus requisitos energéticos que se muestran en la Tabla 2, son pequeños. Es más, los motores que
se van a escoger para potenciar a la mezcladora y a la compactadora son de apenas medio caballo
de fuerza. Una producción pequeña tiene varias ventajas; no requiere una gran inversión para la
compra de materia prima y la construcción de los equipos. Se concluye que el precio que se asigna
49
a la barra permite que haya ganancias a pesar de que solo se producirán 1,200 barras de shampoo
al mes. En la Tabla 8 se muestra el margen bruto que indica que se va a recuperar aproximadamente
8 veces lo invertido en la adquisición de materia prima con la venta del producto. Una vez que el
shampoo sólido se establezca en el mercado, su consumo aumentará y por ende el caudal de
producción.
Mediante el estudio de los componentes económicos, se concluyó que el proyecto es
rentable, viable y factible. Es rentable debido a que los ingresos por ventas del producto son
mayores a los costos de producción. En ambos casos, ya sea que se considere una producción con
surfactante natural o con surfactante artificial, los ingresos serán mayores a los egresos como se
puede confirmar en la Tabla 9. Esto se comprueba con el factor ROI que se utiliza para determinar
el rendimiento que se ha obtenido de una inversión. Una inversión es rentable cuando el ROI es
positivo, caso contrario, si este valor fuera negativo significaría pérdidas de capital. Se obtiene un
retorno de inversión positivo del 30.11 % (Tabla 10) para una producción con SCI, lo que significa
que por cada dólar invertido se está recuperando aproximadamente 30 centavos. En el caso de que
sea necesario utilizar el surfactante SLS también se obtiene un ROI positivo de 27.25%, por lo
tanto, se concluye que el proyecto es rentable considerando cualquiera de los dos surfactantes.
A partir del tercer año de la puesta en marcha de la planta, se empieza a obtener una
ganancia total por el producto con cualquiera de los dos surfactantes, lo que indica que este
proyecto es viable (Tabla 10). Tomando en cuenta que la ejecución del proyecto implica una
inversión a largo plazo en la cual se incluye la compra de infraestructura y la adquisición de
maquinaria, el tiempo de recuperación es lógico. Mientras se recupera la inversión inicial se
obtienen ganancias importantes, sin embargo, este capital se destina al pago de costos fijos y
variables que incluyen compra de materia prima, pago de servicios básicos, pago de salarios, entre
50
otros gastos, al igual que costos propios de la inversión como el pago de la adquisición de equipos
y la infraestructura. Sin embargo, a finales del tercer año, se cumple con el periodo de recuperación
y los ingresos por venta del producto serán netos, pues la inversión alcanza un punto de equilibrio
necesario para seguir funcionando. Además, una vez culminado este periodo se pronostica que el
ROI aumentará al igual que la ganancia por cada dólar invertido. Cuanto más corto sea el periodo
de recuperación, más deseable y atractiva es la inversión.
Se concluye que el proyecto es factible ya que se va a introducir al mercado un producto
innovador de primera necesidad y alta demanda. El shampoo en barra cumple las mismas funciones
que el shampoo convencional con beneficios agregados que lo hacen más atractivo, por lo que se
estima que su consumo superará al del shampoo líquido. Adicionalmente, el surfactante que se
utiliza, cocoil isetionato de sodio, es un tensioactivo natural ideal para pieles sensibles. Esta ventaja
supone una expansión del mercado debido a que el consumidor con piel sensible o problemas
dermatológicos podrá utilizar la barra de shampoo sin agravar su condición. Finalmente, a pesar
de las limitaciones que se puedan presentar por la falta de disponibilidad de materia prima (cocoil
isetionato de sodio), se presenta un plan económico alternativo que justifica la rentabilidad,
viabilidad y factibilidad del proyecto al utilizar el surfactante artificial lauril sulfato de sodio. Para
una producción con SCI se determinó un beneficio neto de $68,590.51 con una inversión inicial
de $227,834.44 que se va a recuperar en un periodo de 3 años y 4 meses. Para una producción con
SLS se determinó un beneficio neto de $61,721.71 con una inversión inicial de $226, 493.80 que
se recuperará en el transcurso de 3 años y 8 meses. Las tablas de la 6 a la 10, presentan valores que
indican que con cualquiera de los dos surfactantes los ingresos son mayores que los egresos, el
tiempo de recuperación de la inversión inicial es corto, y el ROI es positivo. En definitiva, es
posible llevar a cabo este proyecto pese las limitaciones que se puedan enfrentar.
51
6.2. Recomendaciones
El proceso de producción del shampoo sólido que se ha seleccionado es efectivo y no
requiere de cambios importantes. Se pueden realizar modificaciones en el diseño del proceso, por
ejemplo, con el fin de abaratar costos de materia prima, se podrían incorporar el cocoil isetionato
de sodio y el lauril sulfato de sodio en las formulaciones del shampoo. El costo del tensioactivo
natural es dos veces más caro que el surfactante artificial, al utilizar ambos detergentes se reduce
la inversión de la materia prima. Además, como se había mencionado en el capítulo 3, es posible
mezclar surfactantes con diferentes propiedades para obtener un detergente mejorado. Al mezclar
un surfactante natural con uno artificial, se va a minimizar las propiedades irritantes del artificial.
Por otra parte, en cuanto al desarrollo del análisis económico, se recomienda considerar los
precios de equipos disponibles en el mercado. Al calcular el costo de equipos por medio de los
distintos métodos aplicados, se esta considerando el peor escenario posible, por lo que los precios
calculados son exagerados y muy alejados a los que se encuentran en el mercado. Con el propósito
de obtener una estimación de la inversión inicial más cercana a la realidad, se sugiere calcular el
promedio entre los costos de equipos calculados mediante los distintos métodos, y los costos de
los equipos que se encuentran disponibles en el mercado.
52
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56
8. ANEXOS
A. Bases del Diseño
A.1. Ingredientes que componen las barras de shampoo
A continuación, se presentan las tablas en las cuales se resume los ingredientes que
componen cada formulación de shampoo, la función de cada ingrediente, su cantidad, proveedor
y precio de producción de una sola barra.
Tabla A.1. 1. Ingredientes base que componen las barras de shampoo
Ingredientes base de 3 formulaciones de shampoo
Ingrediente
Función
Cocoil
isetionato
de sodio
SCI
Lauril
Sulfato de
Sodio SLS
(Polvo)
Surfactante
primario natural.
Es un detergente y
espumante.
Surfactante
primario artificial.
Es un detergente y
espumante.
Surfactante
secundario.
Mantiene el
balance ácido del
cabello. Es un
buen agente
acondicionador y
de limpieza, así
como un eficaz
eliminador de
germen.
Espesante y agente
endurecedor.
Espesante y
emoliente. Es un
Vinagre de
Manzana
5% acidez
Ácido
Esteárico
Alcohol
Cetílico
Proveedor
Precio x
Mayor
[$/kg] [$/ml]
Precio x
unidad
[$/kg]
[$/ml]
Precio
Producción
[$]
70
Landy
Enterprise
$208.00/20kg
$10.40/kg
0.728
70
Globalquim
$112.00/20kg
Caneca
$5.60/kg
0.392
5
Naturista
San Carlos
$3.80/500ml
$0.0076/ml
0.038
5.5
Globalquim
$2.47/kg
0.0136
3
Globalquim
$3.25/kg
0.00975
%
(w/w)
[g]
$61.75/25kg
Caneca
$65.00/20kg
Caneca
57
Manteca de
Cacao
Glicerina
Vegetal
ingrediente
suavizante e
hidratante.
Espesante y
emoliente. Forma
una gran barrera
protectora en la
piel y tiene un olor
natural agradable.
Es humectante e
hidrata la piel y
cabello sin aceites
ni ceras.
4
Productos
Ecuador
$12.50/kg
$12.50/kg
0.05
4
Globalquim
$296.80/265kg
Tambor
$1.12/kg
0.00448
Precio de base de shampoo con SLS [$]
0.508
Precio de base de shampoo con SCI [$]
0.844
En las dos filas que están resaltadas en la Tabla A.1. se presenta la información de los dos
surfactantes que pueden componer las barras de shampoo sólido. El precio total de la base de
ingredientes es distinto al considerar los dos surfactantes diferentes, pues el tensioactivo natural es
más costoso. El precio por kilogramo de cocoil isetionato de sodio se encuentra en $8.00; a este
valor se debe aumentar el 30% de costos arancelarios lo que da un costo final de $10.40. Como se
puede observar en la tabla, el precio por unidad o kilogramo del surfactante SCI es
aproximadamente el doble del precio por unidad del SLS. De igual manera, el precio de producción
para una barra tomando en cuenta el SCI, es el doble del precio de producción al utilizar SLS.
58
Tabla A.1. 2. Ingredientes de shampoo para cabello reseco
Formulación 1: Shampoo para cabello reseco
Proveedor
Precio x
Mayor
[$/kg] [$/ml]
Precio x
unidad
[$/kg]
[$/ml]
Precio
Producción
[$]
Ingrediente
Función
%
(w/w)
[g]
Aceite
Esencial
Menta
Piperita
Refrescante
fragancia a menta.
Alisante natural.
2
Aromalab
$44.35/500ml
$0.0887/ml
0.198
3
Coconut
Ecuador
$25.00/L
$0.025/ml
0.0826
2
Aromalab
$55.00/500ml
$0.11/ml
0.255
1
Aromalab
$22.00/500ml
$0.044/ml
0.0453
0.5
Produquimic
$25.00/kg
$25.00/kg
0.0125
Evita la
resequedad del
Aceite de
cabello y del cuero
Coco
cabelludo, nutre
toda la fibra
capilar.
Hidrata
profundamente el
Aceite
cabello sin dejar
Esencial de
sensación grasosa,
Jojoba
sella las puntas y
lo deja brillante.
Fragancia frutal a
Fragancia
coco. Su aroma es
Coco
una sinergia de
frutos rojos.
Pigmento en Pigmento en polvo
polvo
para uso
amarillo
cosmético.
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SLS [$]
1.10
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SCI [$]
1.44
59
Tabla A.1. 3. Ingredientes de shampoo para cabello graso
Formulación 2: Shampoo para cabello graso
Ingrediente
Aceite
Esencial de
Limón
Aceite
Esencial de
Lavanda
Aceite
Esencial de
Árbol de Té
Fragancia
Limón
Hierbabuena
Pigmento en
polvo verde
Función
Tiene propiedades
astringentes. Al
utilizarlo en el
cuerpo cabelludo
ayuda a eliminar
todo tipo de
suciedad, la caspa y
sobre todo la grasa
del cabello.
Libera al cabello de
exceso de grasa.
Equilibra el pH del
cuero cabelludo.
También combate la
caspa y ayuda a
promover el
crecimiento del
cabello.
Controla la
producción excesiva
de sebo en las
glándulas sebáceas.
Su aroma es una
fusión cítrica con
notas de hierba
aromática.
Pigmento en polvo
para uso cosmético.
Precio x
unidad
[$/kg]
[$/ml]
%
(w/w)
[g]
Proveedor
Precio x
Mayor
[$/kg] [$/ml]
Precio
Producción
[$]
3
Aromalab
$47.31/500ml $0.0946/ml
0.336
2
Aromalab
$47.31/500ml $0.0946/ml
0.216
2
Aromalab
$47.80/500ml $0.0956/ml
0.216
1
Aromalab
$18.00/500ml
$0.036/ml
0.04
0.5
Produquimic
$32.00/kg
$32.00/kg
0.016
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SLS [$]
1.33
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SCI [$]
1.67
60
Tabla A.1. 4. Ingredientes de shampoo para cabello maltratado
Formulación 3: Shampoo para cabello maltratado
Ingrediente
Aceite de
Almendras
Aceite de
Oliva
Aceite
Esencial
Ylang
Ylang
Fragancia
Black
Cardamom
y Ylang
Pigmento
en polvo
lila
Función
Contiene omega 3 y 6
además de vitamina E,
que ayudan a reparar
las fibras dañadas e
hidrata las puntas.
Tiene vitaminas,
antioxidantes y ácidos
esenciales que
recupera fuerza e
hidratación si cabello
ha sido teñido o
quemado.
Mejora el crecimiento
del cabello y los
estados descamativos
del cuero cabelludo.
Brinda un olor dulce y
agradable. Mejora
condición y brillo.
Calma condiciones
inflamatorias de la
piel.
Fragancia amaderada.
Fusión de especies y
flores dulces de origen
asiático.
Pigmento en polvo
para uso cosmético.
Precio x
Mayor
[$/kg] [$/ml]
Precio x
unidad
[$/kg]
[$/ml]
Precio
Producción
[$]
3
Florasíntesis $40.00/500ml
$0.08/ml
0.261
2
Florasíntesis $15.00/500ml
$0.03/ml
0.0656
%
(w/w)
[g]
Proveedor
2
Aromalab
$80.00/500ml
$0.16/ml
0.356
1
Aromalab
$20.00/500ml
$0.04/ml
0.0436
0.5
Produquimic
$30.00/kg
$30.00/kg
0.015
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SLS [$]
1.25
Precio de producción de 1 barra de shampoo de 100 g con SCI [$]
1.58
61
A.2. Funciones y propiedades de aceites esenciales
En la siguiente tabla se describen en detalle las propiedades y funciones de los aceites
esenciales utilizados en las formulaciones de las distintas barras de shampoo [35].
Tabla A.2. 1. Propiedades y funciones de aceites esenciales
Ingrediente
Aceite esencial menta piperita
Aceite esencial de jojoba
Aceite vegetal de coco
Aceite esencial de limón
Aceite esencial de lavanda
Aceite esencial de árbol de té
Aceite de almendras
Aceite de oliva
Aceite esencial de ylang ylang
Función
Shampoo para cabello reseco
Aporta una fragancia refrescante natural al shampoo y regula la
producción de grasa en el cuero cabelludo. Es considerado un
desodorante que elimina olores de forma natural.
Es rico en ceramidas, que son sustancias oleosas que promueven la
hidratación y nutrición de la piel. Hidrata profundamente el cabello
sin dejar sensación grasosa, sella las puntas y lo deja brillante. Está
compuesto por agentes que regulan el pH natural y evitan la
producción excesiva de sebo por parte de las glándulas sebáceas.
Hidrata y protege la piel y el cabello. Se utiliza como tratamiento para
la sequedad del cuero cabelludo o el cabello ya que nutre toda la fibra
capilar. Este aceite vegetal ayuda al crecimiento saludable del cabello
y aporta brillo y suavidad al mismo
Shampoo para cabello graso
Tiene una fragancia refrescante natural y posee propiedades
astringentes que ayuda a eliminar y reducir la grasa que produce la
piel o el cuero cabelludo.
Posee características antimicrobianas y antisépticas capaces de
equilibrar el pH del cabello. Ayuda a reducir la segregación de sebo
que se produce por un desequilibrio del pH.
Hidrata el cabello y el cuero cabelludo a la vez que previene la
acumulación de exceso de grasa.
Shampoo para cabello maltratado
Ideal para cabellos tinturados o que han sido manipulados
frecuentemente con equipos de calor como secadora, plancha o rulero.
Repara las fibras dañadas e hidrata las puntas; debido a que contiene
altas cantidades de vitamina E, ayuda a suavizar y fortalecer el
cabello, dándole una apariencia saludable
Ayuda a prevenir los daños capilares que se provocan por la
exposición al sol
Previene la caída del cabello, mejora el crecimiento de este, regenera
la piel y favorece la salud del cabello utilizado como tónico capilar
62
A.3. Ficha de datos de seguridad (FDS) de materia prima
Se presentan las fichas técnicas de las materias primas más importantes para determinar
las condiciones de operación y las condiciones de transporte y almacenamiento.
Tabla A.3. 1. FDS lauril sulfato de sodio
Nombre Común
Nombre Químico
Fórmula Química
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
pH (1%)
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
EPP
Almacenamiento
Información Adicional
Clasificación NFPA
Lauril sulfato de sodio (SLS)
Sulfato de sodio dodecilo
𝐶𝐻! (𝐶𝐻' )(( 𝑆𝑂) 𝑁𝑎
Detergente, emulsionante, dispersante
Polvo
Blanco
289 g/mol
8.5 – 10.5
216 ℃
*La sustancia se descompone
205.5 ℃
170 ℃
1.03 g/ml
> 130 g/L
*Moderadamente soluble en agua.
Guantes, gafas y máscara de protección.
Lugar ventilado, fresco y seco. Lejos de fuente de
calor e ignición. Si el SLS se conserva en los
recipientes originales permanece estable por un
mínimo de 1 año, siempre y cuando se proteja de la
humedad y se mantenga a temperaturas <= 30 ℃.
• El producto es químicamente estable y no
requiere de estabilizantes.
• El producto es fácilmente biodegradable.
63
Tabla A.3. 2. FDS cocoil isetionato de sodio
Nombre Común
Nombre Químico
Formula Química
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
pH (1%)
Punto de Fusión
Densidad (20 ℃)
EPP
Almacenamiento
Clasificación NFPA
Cocoil isetionato de sodio (SCI)
Esteres 2-sufetofílicos
𝐶* 𝐻(( 𝑁𝑎𝑂+ 𝑆
Detergente, emulsionante, dispersante,
humectante.
Escamas/pellets
Blanco
218.21 g/mol
4.0-6.0
190-210 ℃
1.625 g/ml
Guantes, gafas y máscara de protección.
Lugar ventilado, fresco y seco. Lejos de fuente de
calor e ignición. Si el SLS se conserva en los
recipientes originales permanece estable por un
mínimo de 1 año, siempre y cuando se proteja de
la humedad y se mantenga a temperaturas entre
15-25℃.
64
Tabla A.3. 3. FDS vinagre de manzana
Nombre Común
Nombre Químico
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
pH (1%)
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
EPP
Almacenamiento
Vinagre de manzana 5% acidez
Vinagre de sidra de manzana
Detergente, surfactante natural.
Líquido
Café
60.05 g/mol
3.5 - 4
118 ℃
17 ℃
43 ℃
1.01 g/ml
Guantes
Lugares ventilados y sin exposición a la luz.
Tabla A.3. 4. FDS manteca de cacao
Nombre Común
Usos
Presentación
Color
pH
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad
EPP
Almacenamiento
Información Adicional
Manteca de Cacao
Espesante y emoliente.
Sólido (Manteca)
Amarillo Pálido
4.5 – 6.0
> 300 ℃
33 - 35 ℃
> 250 ℃
0.90 – 0.93 g/ml
Insoluble en agua.
Guantes.
Lugar ventilado, fresco y sin exposición a la
luz. Almacenar a temperaturas menores de 28
℃ en lugar libre de olores fuertes. Vida útil: 2
años.
El producto es incompatible con agentes
oxidantes.
65
Tabla A.3. 5. FDS ácido esteárico
Nombre Común
Nombre Químico
Fórmula Química
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad
EPP
Almacenamiento
Información Adicional
Clasificación NFPA
Ácido esteárico
Ácido Octadecanoico
𝐶(, 𝐻!* 𝑂'
Espesante y agente endurecedor.
Polvo
Blanco
284.48 g/mol
383 ℃
69 ℃
195 ℃
0.87 g/ml
Soluble en alcohol, éter, cloroformo, sulfuro
de carbono.
Guantes, gafas y máscara de protección.
Lugar fresco, seco y bien ventilado. Lejos de
fuentes de calor, ignición y de la acción
directa de los rayos solares. Mantener en
recipiente herméticamente cerrado.
Temperatura de almacenamiento
recomendada: 15 – 25 ℃
El producto es incompatible con oxidantes y
bases fuertes.
66
Tabla A.3. 6. FDS ácido alcohol cetílico
Nombre Común
Nombre Químico
Fórmula Química
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
EPP
Almacenamiento
Información Adicional
Clasificación NFPA
Alcohol cetílico
1-Hexadecanol
𝐶(* 𝐻!) 𝑂
Espesante y emoliente. Estabilizador de
espuma en detergentes.
Sólido (Cera)
Blanco
242.4 g/mol
305 - 330 ℃
46 - 54 ℃
150 - 155 ℃
0.82 g/ml
< 0.0001 g/L
*Insoluble en agua.
Guantes, gafas y máscara de protección.
Lugar fresco, seco y bien ventilado. Lejos de
fuentes de calor, ignición y de la acción
directa de los rayos solares. Mantener en
recipiente herméticamente cerrado.
Temperatura de almacenamiento
recomendada: 15 – 25 ℃
• Es una materia básica neutra con
buena compatibilidad con la piel y las
mucosas.
• Incompatible con agentes oxidantes
fuertes.
67
Tabla A.3. 7. FDS glicerina vegetal
Nombre Común
Nombre Químico
Fórmula Química
Usos
Presentación
Color
Peso Molecular
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
EPP
Almacenamiento
Información Adicional
Clasificación NFPA
Glicerina vegetal
Glicerina USP
𝐶! 𝐻, 𝑂
Humectante.
Líquido Aceitoso
Incoloro
92.09 g/mol
290 ℃
18 ℃
180 ℃
1.26 g/ml
Guante y gafas.
Lugar ventilado, fresco y seco. Lejos de
agentes oxidantes y de materiales fuertemente
ácidos o alcalinos. Almacenar a temperaturas
entre 5 – 35 ℃.
El producto es incompatible con agentes
oxidantes fuertes, ácidos y bases.
68
Tabla A.3. 8. FDS aceite esencial menta piperita
Nombre Común
Nombre Químico
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite esencial menta piperita
Menta piperita labiatae
Líquido viscoso transparente, desde incoloro
a amarillo pálido.
Característico, fresco, mentolado.
1.4559 – 1.465
212 ℃
184 ℃
76 ℃
0.898 – 0.918 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Tabla A.3. 9. FDS aceite de coco
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Humo
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite de Coco
Líquido viscoso transparente.
Característico.
1.4490 – 1.4510
232 ℃
300 ℃
18 - 26 ℃
288 ℃
0.960 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Vida útil de 1 a 2 años.
69
Tabla A.3. 10. FDS aceite esencial de jojoba
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite esencial de jojoba
Líquido algo viscoso transparente incoloro a
amarillo.
Jabonosa
1.4600 – 1.4680
7℃
295 ℃
0.860– 0.873 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Tabla A.3. 11. FDS aceite esencial de limón
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Humo
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite esencial de limón
Líquido viscoso amarillo verdoso pálido.
Intenso y dulce.
1.4490 – 1.4510
232 ℃
300 ℃
18 - 26 ℃
288 ℃
0.81 – 0.85 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Vida útil de 1 año.
70
Tabla A.3. 12. FDS aceite de lavanda
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Ebullición
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite de lavanda
Líquido viscoso amarillo claro.
Característico, fresco herbáceo.
1.4570 – 1.4670
185-188 ℃
65-76 ℃
0.878 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Vida útil de 1 a 2 años.
Tabla A.3. 13. FDS aceite de árbol de té
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite esencial de árbol de té
Líquido de color ámbar pálido.
Amaderado, a tierra.
1.475-1.482
95 ℃
-22℃
57℃
0.885 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
71
Tabla A.3. 14. FDS aceite de almendra
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Ebullición
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite vegetal de almendra
Líquido con toques amarillos y dorados.
Dulce.
1.4708-1.4733
> 316 ℃
> 215 ℃
0.92 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. Temperatura de almacenaje
recomendada: 15-25℃.
Tabla A.3. 15. FDS aceite de oliva
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Humo
Punto de Ebullición
Punto de Fusión
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite de oliva
Líquido amarillo oro verdoso.
Afrutado, intenso y fresco.
1.4677-1.4705
215 ℃
190 ℃
-41 ℃
288 ℃
0.914 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Vida útil de 1 año.
72
Tabla A.3. 16. FDS aceite de ylang ylang
Nombre Común
Aspecto
Olor
Índice de Refracción (20 ℃)
Punto de Inflamación
Densidad (20 ℃)
Solubilidad (20 ℃)
Almacenamiento
Aceite esencial de ylang ylang
Líquido amarillo pálido.
Floral, jazmín
1.5030-1.5130
75 ℃
0.9 g/ml
Insoluble en agua. Soluble en etanol.
Lugar fresco, seco y bien ventilado.
Almacenar en un lugar bien protegido de la
luz. No exponer a temperaturas elevadas.
Vida útil de 1 año.
73
B. Diseño de proceso
B.1. Estudio de mercado
Encuesta
Se realizó una encuesta a una población de 100 personas con el fin de estudiar el posible
mercado del producto. La encuesta se creó en la plataforma “Google Surveys” y sus resultados se
presentan a continuación:
74
75
76
Figura B.1. 1. Encuestas y estadísticas de respuestas
B.2. Horario de operación
En la siguiente tabla se resumen las actividades que se van a realizar en el transcurso de
la semana laboral. La planta va a trabajar 4 días a la semana, de lunes a jueves, y la jornada
laboral es de 9 de la mañana hasta las 2 de la tarde.
Tabla B.2. 1. Horario de operación de la planta
Horas
1
2
1
1
Lunes
Martes
Miércoles
Jueves
Preparación/medición Preparación/medición Preparación/medición
de materia prima.
de materia prima.
de materia prima.
Elaboración de
Elaboración de
Elaboración de
Empaquetamiento,
formulación 1:
formulación 2:
formulación 3:
transporte e
shampoo para cabello shampoo para cabello shampoo para cabello
inventario.
reseco.
graso.
maltratado.
Limpieza de equipos Limpieza de equipos Limpieza de equipos
y planta.
y planta.
y planta.
Demora/imprevistos
Demora/imprevistos
Demora/imprevistos
77
C. Metodología
C.1. Proceso de producción de shampoo sólido
Para producir una barra de shampoo de peso 100 gramos, se siguen los siguientes pasos:
1. Se diluye el vinagre de manzana 1:1.
2. En la mezcladora, se prepara la mezcla seca mezclando el lauril sulfato de sodio, el vinagre
diluido, la glicerina vegetal y el pigmento en polvo respectivo.
3. En baño maría se calientan los compuestos sólidos: alcohol cetílico, ácido esteárico y
manteca de cacao, hasta obtener una mezcla líquida.
4. Una vez que se saca la mezcla líquida del baño maría, se deja reposar 3 minutos y se
procede a añadir la fragancia y los aceites esenciales correspondientes.
5. En la mezcladora se combinan la mezcla seca y líquida hasta obtener una mixtura grumosa
que se pueda compactar.
6. Se introduce la mezcla arenosa a la extrusora con el fin de homogenizarla y darle forma.
7. Se compacta esta mezcla en la compactadora de tal forma que quede una barra redonda de
6 cm de diámetro y 2 cm de ancho. A continuación, se muestra la figura que indica la forma
de la barra del shampoo.
Figura C.1. 1. Forma geométrica de barra de shampoo
78
C.2. Diseño de planta
C.2.1. Diagramas de bloque y flujo
Para realizar los cálculos de balance de masa y de energía, es necesario hacer los diagramas
de bloque y de flujo que representan gráficamente un proceso de producción. A continuación, se
explica paso a paso el procedimiento para realizar estos diagramas.
Diagrama de bloque
Un diagrama de bloque consiste en una serie de rectángulos, que representan operaciones
unitarias, conectados con líneas de ingreso y salida, que usualmente representan tuberías. A
continuación, se presentan los pasos para realizar un diagrama de bloque.
1. Establecer condiciones importantes del proceso.
2. Al inicio se coloca una flecha que ingresa al primer rectángulo del proceso que representa
la primera operación unitaria. Esta flecha indica los compuestos/materia prima que entran
al proceso.
3. Se colocan las operaciones unitarias en orden, de izquierda a derecha, en rectángulos que
se unen por medio de líneas.
4. Se coloca una flecha que sale del último rectángulo que indica los componentes o el
producto que sale del proceso.
5. Se incluyen los caudales y composiciones conocidas antes o después de cada operación
(rectángulo). Para simplificar información, se recomienda representar las variables tanto
conocidas como desconocidas con símbolos definidos.
6. Se incluyen temperaturas y presiones conocidas.
79
Diagrama de flujo
1. Una vez determinadas las operaciones unitarias se elijen los equipos en los cuales se van a
llevar acabo. Se representan los equipos con íconos generalmente aceptados.
2. Los equipos principales deben ser codificados con sus respectivos nombres y código único.
3. Al inicio se coloca una flecha que ingresa al primer equipo en el cual se va a llevar a cabo
la operación unitaria. Esta flecha indica los componentes o la materia prima que entra al
proceso. Se colocan los equipos en orden.
4. Se unen los equipos con líneas que representan las corrientes del proceso que deben ser
identificadas y numeradas.
5. Se coloca una flecha que sale del último equipo que indica los componentes o el producto
que sale del proceso.
6. Se incluyen las condiciones y las composiciones de cada corriente y se resume esta
información en una tabla.
C.2.2. Balance de masa y de energía
Análisis grados de libertad según tipo de balance
A partir del análisis de grados de libertad se conoce si es posible resolver el balance de masa. Si
se obtiene un valor de cero, entonces el problema tiene una única solución y se procede a resolver
el balance de masa. Si el grado de libertad es mayor a cero, el problema tiene infinitas soluciones
y se requiere de más relaciones para que haya una única solución. Si el grado de libertad es menor
a cero, hay información de más y es posible que el problema esté mal planteado. Para el proceso
de producción del shampoo sólido se realiza el análisis de grados de libertad para un balance
atómico.
80
Se realiza la siguiente operación matemática:
1. Se suma el número de incógnitas del proceso.
2. Se resta el número de balances de especies atómicas independientes reactivas. (¿Cuántos
tipos de átomos hay?)
3. Se resta el número de balances moleculares de especies moleculares no reactivas.
(¿Cuántos tipos de moléculas no reactivas hay?)
4. De haberlas, se resta el número de otras ecuaciones.
Balance de masa
Para realizar el balance de masa se debe tomar en cuenta la siguiente ecuación que lo representa:
Entrada − Salida + Generación − Consumo = Acumulación
E−S+G−C=A
Debido a que el proceso de producción de shampoo sólido no implica una reacción, entonces se
emplea la siguiente ecuación que representa el balance de masa atómico:
E=S
Se siguen los siguientes pasos para realizar el procedimiento general de balance de masa:
1. Se elije una base de cálculo seleccionando uno de los caudales principales conocidos de la
alimentación o del producto final. En el caso de que no haya un caudal conocido, se asume
un caudal múltiplo de 100.
2. Se realiza el diagrama de bloque anotando todas las variables conocidas, tanto caudales
como composiciones.
3. Se expresa lo que se debe calcular (incógnitas) en términos de símbolos definidos.
81
4. Se realiza la conversión de unidades con el fin de unificar las unidades de todas las
variables y simplificar los cálculos que se deben realizar.
5. Se realiza el análisis de grados de libertad global y para cada subsistema.
6. Se determinan las ecuaciones de balance de masa global y para cada operación unitaria
considerando los átomos involucrados en el proceso. Se escriben las ecuaciones en orden
de complejidad.
7. Se resuelve el sistema de ecuaciones ayudándose de las variables conocidas y las
condiciones del proceso. Se resuelve para las incógnitas que se determinaron
anteriormente.
8. Finalmente, se realiza el escalonamiento del balance de masa que implica ajustar la base
del cálculo a datos reales.
Balance de energía
1. Se determinan los equipos que requieren un consumo energético para realizar su respectivo
balance de energía.
2. Se identifican las variables conocidas, ya sea flujo másico, temperaturas o entalpías (H).
3. A partir de bibliografía, se obtiene el calor específico (Cp) de todos los compuestos
involucrados en el proceso.
4. Se calcula el calor específico de la mezcla que es igual al valor promedio de los calores
específicos que componen la mezcla. En el caso de que se esté trabajando con entalpías
entonces se calcula la entalpía de la mezcla de la misma manera.
5. Para cada operación unitaria se calcula la diferencia de temperaturas.
82
6. Dependiendo de las variables conocidas de cada operación unitaria, se calcula el calor
requerido (Q) ya sea con el calor específico de la mezcla o la entalpía de la mezcla; se
muestran las ecuaciones respectivamente:
𝑄 = 𝑚̇𝐶- Δ𝑇
𝑄 = 𝑚̇Δ𝐻
7. En el caso de considerar la eficiencia de los equipos, se calcula el nuevo calor requerido.
8. En el caso de bombas y compresores, primero se calcula el balance de energía mecánico
con el fin de calcular la potencia y con este dato calcular el consumo energético.
9. En cuanto a motores, se realizan los cálculos pertinentes para hallar la potencia de este
dependiendo del equipo.
El balance de energía se calcula de distinta forma dependiendo del equipo que se está analizando.
A continuación, se presenta la metodología para calcular el balance de energía para cada equipo:
Mezcladora
Para hallar la potencia del motor de la mezcladora es necesario calcular el número de
Reynolds para calcular el número de potencia. Para hallar el número de Reynolds se aplica la
siguiente ecuación:
𝑁./ =
(𝐷0 )' (𝑁)(𝜌1 )
𝜇2
Donde 𝐷0 es el diámetro del agitador, 𝑁 es la velocidad de rotación en rev/s, 𝜌1 es la densidad
bulk y 𝜇2 es la viscosidad de la mezcla. El número de potencia de un agitador simple de tipo
ancla cuando el 𝑁./ < 100 se calcula a partir de la siguiente ecuación:
𝑁- = 215 (𝑁./ )"3.5++
83
Finalmente, para calcular la potencia del motor se utiliza la siguiente ecuación:
𝑃 = (𝑁- )(𝜌1 )(𝑁 ! )(𝐷0 + )
Extrusora
Para calcular la potencia del motor de la extrusora se aplica la siguiente ecuación:
𝑃6 = 𝑃 × 𝑄
Donde 𝑃𝑜 es la potencia eléctrica del motor de la extrusora, 𝑃 es la presión que se aplica en la extrusión
y 𝑄 es el flujo volumétrico. La presión que se debe aplicar para que la mezcla de las materias
primas (mezcla arenosa) se compacte es de 𝑃 = 120 𝑃𝑠𝑖 = 0.827 𝑀𝑃𝑎.
Para conocer el flujo volumétrico o la producción del tornillo es necesario calcular el flujo de
arrastre, el flujo de presión y el flujo de filtración. La capacidad de producción que posee el tornillo
es denominada Q y se expresa como flujo volumétrico. Dentro del cilindro se generan 3 tipos de
flujos:
•
Flujo de arrastre (𝛼): material que arrastra el tornillo y es producido por el movimiento
del cilindro.
•
Flujo de presión (𝛽): es aquel que se opone al flujo del sistema, es un flujo de retorno que
se opone al movimiento.
•
Flujo de filtración (𝛾): reduce la producción debido a las pérdidas del material que se
produce en la holgura entre el cilindro y el tornillo.
El flujo volumétrico se calcula mediante la siguiente ecuación:
𝛼𝐾
𝑄=f
h𝑁
𝐾+ 𝛾+ 𝛽
Donde 𝐾es la forma geométrica de la boquilla y 𝑁 es el número de revoluciones por minuto. De
la bibliografía se conoce que un motor de 1 HP tiene una caja reductora de 220 rpm.
84
Flujo de arrastre
Para calcular el flujo de arrastre se utiliza la siguiente formula:
𝛼=
𝑡
𝜋 𝑚 𝐷 ℎ k𝑚 − 𝑒n (cos 𝜑)'
2
Se tiene en cuenta que 𝑚 es el número de canales del filete, en este caso 1.
Flujo de presión
Se calcula el flujo de presión con la siguiente ecuación:
𝛽=
𝑡
𝑚 ℎ! k𝑚 − 𝑒n sin 𝜑 cos 𝜑
12 𝐿
𝐿 representa la longitud del tornillo.
Flujo de pérdidas
Se aplica la siguiente formula para calcular el flujo de pérdidas:
𝛾=
𝜋 ' 𝐷' 𝐻! tan 𝜑
10 𝑒 𝐿
Factor K para la forma geométrica de la boquilla
𝐾=
3 𝜋 𝑑( ! 𝑑' !
128 𝑙 (𝑑( ' + 𝑑( 𝑑' + 𝑑' ' )
Donde 𝑑( es el diámetro de ingreso del material, 𝑑' es el diámetro de salida del material y 𝑙 es la
longitud de la boquilla. Se toma en cuenta que 𝑑( = 0.15045 𝑚 y corresponde al diámetro del
tornillo más su holgura, y 𝑑' = 0.03 𝑚 y corresponde al diámetro del producto final para la etapa
de compactado. Estos son los diámetros por donde ingresa y sale el material.
85
Flujo volumétrico
Para calcular el flujo volumétrico se toma en cuenta las variables calculadas anteriormente
y se aplica la ecuación que se muestra a continuación:
𝑄=f
𝛼𝐾
h𝑁
𝐾+𝛾+ 𝛽
Para transformar flujo volumétrico a flujo másico se utiliza la densidad bulk.
Compactadora
Para seleccionar el motor que accionará al compresor de la compactadora en el catálogo
Festo, es necesario hallar el consumo de aire con la siguiente ecuación:
1.013 + 𝑃6F/A0<=ó?
𝐶𝐷éC16>6 ' 𝜋 𝐶t𝐷éC16>6 ' − 𝐷Dá:;096 ' u𝜋
𝑄90:;6 <=>=?@A6 = s
+
v𝑛
4
4
1.013
Donde 𝐶 es la longitud de la carrera; el rango estándar de la longitud de carrera se encuentra entre
1 a 500 mm. Debido a que se está trabajando con una mezcla arenosa de poca densidad, y no
requiere de una carrera larga que la empuja, se determina un valor de 150 mm de longitud. Por
otro lado, 𝑛 representa el número de carrera por minuto, en este caso se realiza una carrera cada 5
minutos. Debido a que la compactadora está compuesta por 8 cilindros, se calcula el consumo de
aire mediante la siguiente ecuación, tomando en cuenta 5% de pérdida de fugas:
𝑄90:;6 ;6;0> = 𝑄90:;6 <=>=?@A6 × 8 × 105%
Se calcula el volumen del tanque de almacenamiento de aire del compresor con la siguiente
ecuación:
𝑉;0?HI/ =
15(𝑄90:;6 ;6;0> )(𝑃0@C=:=ó? )
(∆𝑃)𝑁
86
Donde 𝑃0@C=:=ó? es la presión en la admisión y se asume que tiene un valor de 1 bar y ∆𝑃 representa
la diferencia de presión en el tanque de almacenamiento. Un rango estándar de presiones es de 90
psi como presión final y 40 psi como presión inicial. 𝑁 representa los ciclos de conmutación/hora
de funcionamiento del compresor que en este caso es 15. Una frecuencia mayor implicaría un
desgaste excesivo de las diferentes partes del compresor lo que reduciría la vida útil del equipo.
C.2.3. Dimensionamiento de equipos
Para realizar el dimensionamiento de equipos se utiliza la información obtenida a partir
de los balances de masa. A continuación, se detalla la metodología que se debe emplear para
conocer las características principales de cada equipo:
Mezcladora
Primero, se elije el tipo de mezcladora que se desea diseñar. Se determina la geometría del
recipiente que usualmente es cilíndrica. También se elije el material con el cuál se va a trabajar.
Se calcula el volumen operativo utilizando información obtenida a partir del balance de masa. El
volumen se calcula dividiendo la masa de la mezcla que entra a la mezcladora para la densidad de
esta. Se emplea la siguiente ecuación:
𝑉C/J<>0 =
𝑚C/J<>0
𝜌1
Para calcular la densidad teórica de la mezcla también conocida como densidad bulk, primero se
preparó la mezcla de shampoo siguiendo los pasos del anexo C.1. Se coloca la mezcla preparada
en un vaso de precipitación hasta un volumen determinado. Se pesa la mezcla en una balanza y se
divide la masa calculada para el volumen hasta donde se llenó el vaso de precipitación.
87
Se emplea la siguiente ecuación para calcular la densidad bulk:
𝜌1 =
𝑚
𝑉
Se procede a calcular el diámetro del tanque de la mezcladora con la siguiente ecuación:
! 2𝑉
C/J<>0
𝐷={
𝜋
Se calcula la longitud del tanque de la mezcladora con el diámetro calculado; además, se aumenta
20% de longitud por cuestiones de seguridad. Se emplea la siguiente ecuación:
𝐿 = 2𝐷 + 20%
Para el diseño del recipiente se toma en cuenta la norma ASME PBV que indica el espesor mínimo
de la pared con respecto al diámetro del recipiente. Este dato se puede encontrar en tablas. Para
calcular el espesor de la pared del tanque de la mezcladora se aplica la siguiente ecuación:
𝑡K - =
𝑃= 𝐷
2𝑆𝐸 − 1.2𝑃=
Donde t L es el espesor de la pared, DM es el diámetro interno del tanque, S es el esfuerzo máximo
permisible y PM es la presión interna del tanque. Se considera el material del equipo y se obtiene el
esfuerzo máximo permisible (S) a partir de la Tabla 13.2. del libro Chemical Engineering [36].
Se calcula la masa del material que ocupa el tanque de la mezcladora con la siguiente formula:
𝑚;0?HI/ = (𝜋)(𝐷)(𝐿)( 𝑡K - )(𝜌!3) )
Para calcular el espesor del cabezal o base del tanque primero, se debe determinar la geometría de
este. Para un cabezal elipsoidal, el espesor de la pared se calcula con la siguiente ecuación:
𝑡K N =
𝑃= 𝐷
2𝑆𝐸 − 0.2𝑃=
88
Se calcula la masa del material que ocupa la base de la mezcladora con la siguiente formula:
𝑚10:/ = (𝜋)(𝐷' )(𝑡K N )(𝜌!3) )
La masa total del tanque de la mezcladora se calcula sumando la masa del tanque y la masa de la
base del tanque:
𝑚 O = 𝑚;0?HI/ + 𝑚10:/
Se elije el tipo de aspas que cumplan con las necesidades del proceso y se procede a calcular su
diámetro con la siguiente relación:
𝐷0 1
=
𝐷
3
Donde DP es el diámetro del agitador y D es el diámetro del tanque.
Baño maría industrial
El baño maría es un método que se utiliza para calentar de forma lenta y constante una
sustancia líquida o sólida, sumergiendo el recipiente rectangular que la contiene en otro de mayores
dimensiones en el cual hay agua que se lleva a ebullición. Para el dimensionamiento de este equipo
en específico, se calcula las dimensiones de la bandeja interna y de la carcasa externa de la máquina
de baño maría. Primero se elije el material con el cual se va a fabricar el recipiente, esto depende
del uso que se le va a dar. En este caso, como se aplica calor, se utiliza el acero inoxidable 304 que
es resistente al calor. Se determina qué tipo de recipiente se va a utilizar, en este caso se necesita
un recipiente abierto.
Se establecen las dimensiones del recipiente rectangular (largo, alto, ancho) en función del
largo (L) y se calcula el volumen en función de la longitud. A partir del balance de masa se conoce
el volumen de la mezcla que entra al equipo industrial de baño maría.
89
Con el volumen, se obtiene el valor de la longitud al emplear la siguiente formula:
!
𝐿 = √𝑉
Donde L es la longitud del recipiente rectangular y V es el volumen de operación.
Para calcular las dimensiones del recipiente externo del equipo de baño maría, se suma
20% a las dimensiones del recipiente interno. Con respecto a las dimensiones del equipo en sí, se
aumenta 20 cm a la longitud del recipiente externo, y para obtener la altura y el ancho del equipo
se aumenta 20% a las dimensiones del recipiente externo.
Extrusora
Se elije la geometría de la camisa y el tornillo de la extrusora. Normalmente, las extrusoras
industriales son de camisas cilíndricas con tornillo extrusor cilíndrico. La máquina extrusora está
compuesta por las siguientes partes principales: tolva, carcasa y tornillo sin fin. Primero, se
determina el diámetro y largo del tornillo tomando en cuenta la capacidad del equipo. Las
extrusores más comunes son aquellas con tornillo de un diámetro de 0.15 m y de una longitud de
0.60 m.
La tolva es diseñada de acuerdo con la capacidad de alimentación. Otro parámetro que se
toma en cuenta para el diseño de la tolva es su forma geométrica que permite que la alimentación
sea de flujo continuo. La base o salida de la tolva se conecta directamente con la garganta de
alimentación de la extrusora, por lo tanto, las dimensiones de la base menor dependen del diámetro
del tornillo sin fin. El largo de la base menor es 3/2 del diámetro del tornillo sin fin, y el ancho es
7/10 del diámetro. Las dimensiones de la base mayor de la tolva se establecen de acuerdo con las
medidas estándar de tolvas en la industria. Para calcular la altura de la tolva se utiliza la siguiente
ecuación:
90
𝑉=
ℎ
t𝐴 + 𝐵 + √𝐴 × 𝐵u
3
Donde h es la altura de la tolva, A es el área de la base mayor y B es el área de la base menor.
El dimensionamiento completo del tornillo sin fin incluye el ángulo y el espesor del filete. El
transporte de la materia prima desde la alimentación de la tolva hasta la salida, depende del ángulo
del filete. El ángulo del filete se calcula con la siguiente formula:
𝜑 = 𝑡𝑎𝑛"( f
𝑡
h
𝜋 × (𝐷 − ℎ)
Donde D es el diámetro del tornillo, h es la profundidad de la rosca, t es el paso de la rosca y φ es
el ángulo de la hélice. El paso de la rosca es la distancia que avanza un tornillo por cada vuelta que
gira, este parámetro también tiene influencia en la capacidad de producción de la máquina.
El espesor de filete se determina mediante la siguiente ecuación:
𝑒 = 0.12 × 𝐷
Para calcular las dimensiones de la carcasa que contiene al tornillo sin fin se debe tomar
en cuenta la holgura que es la distancia entre el diámetro exterior del tornillo y el diámetro interior
del cilindro, es decir el juego que tiene el husillo (tornillo). Para lograr una eficiencia alta de la
máquina, la holgura debe ser mínima y se determina mediante la siguiente ecuación:
𝐻 = 0.003 × 𝐷
Se suma la holgura multiplicado por dos al diámetro del tornillo y se obtiene el diámetro
aproximado de la carcasa. En cuanto a la longitud, se aumenta 20% a la longitud de la longitud del
tornillo sin fin.
91
Compactadora
Se determina la fuerza que aplica el cilindro mediante la siguiente formula.
𝑃N6CFA/:=ó? =
𝐹<=>=?@A6
𝐴Q0AA0
Se multiplica la fuerza por la cantidad de barras que se van a compactar a la vez. Una vez que se
conoce la presión que debe generar un cilindro, se selecciona el cilindro que se va a utilizar para
el equipo de acuerdo con los disponibles en el catálogo Festo. A partir de la fuerza máxima que se
encuentra en el catálogo, se determina la cantidad de cilindros que van a compactar el producto.
Se utiliza la siguiente ecuación.
𝑛<=>=?@A6: =
𝐹<=>=?@A6
𝐹C0R
Para calcular el diámetro del émbolo del cilindro se selecciona el diámetro del vástago
según los disponibles en el mercado. Una vez determinado el diámetro del vástago y la presión
que debe generar el cilindro, es posible determinar el diámetro del émbolo que es la cámara que
tiene el cilindro por dentro. La ecuación que se emplea es la siguiente:
𝐴SD0?</ =
𝐹<=>=?@A6
𝑃C=? ;A010T6
Donde AUVPWXY es el área de avance que a su vez se determina con la siguiente ecuación:
𝐴SD0?</ = 𝐴éC16>6 − 𝐴Dá:;096
𝐹<=>=?@A6 es la fuerza del cilindro neumático y 𝑃C=? ;A010T6 es la presión mínima de trabajo del
sistema. La ecuación para determinar el diámetro del émbolo queda de la siguiente forma:
𝐷éC16>6 = {
4𝐹<=>=?@A6
+ 𝐷Dá:;096 '
𝜋𝑃C=? ;A010T6
92
Obtenido el diámetro del émbolo se tiene todas las características principales de los cilindros
neumáticos.
C.3. Análisis económico
C.3.1. Estimación de costos aplicando distintos métodos
A partir del dimensionamiento de los equipos se obtienen sus capacidades con el fin de
estimar sus costos. Para el caso de equipos diseñados no es necesario calcular su costo aproximado
si no que se considera el costo designado por la empresa que va a construir el equipo (proforma).
Existen varios métodos para estimar el capital que se debe invertir para poner en marcha la planta,
los métodos que se van a aplicar para el desarrollo de este proyecto son: método de Lang, método
de Hand y método factorial detallado. A continuación, se describe la metodología que se aplica
para calcular la estimación de costos mediante los distintos métodos mencionados.
Estimación de costos de equipos
Para calcular el costo de los equipos se considera la siguiente ecuación:
𝐶/ = 𝑎 + 𝑏𝑆 ?
Donde 𝐶/ es el costo del equipo, 𝑎 y 𝑏 son constantes de costo, 𝑆 representa el parámetro de tamaño
o la capacidad del equipo, y 𝑛 es el exponente específico de cada equipo. Según la capacidad del
equipo, es posible determinar las constantes de costo y el exponente 𝑛, que se encuentran en la
Tabla 6.6. del libro Chemical Engineering Design.
93
Estimación de costos según el método de Lang
Una vez que se hayan determinado los costos de los equipos, es posible realizar la
estimación de costos según el factor de Lang que depende del tipo de procesamiento. Lang propuso
ajuste por factor según el tipo de proceso. Los valores de los factores están relacionados a escala
de la planta, a mayor producción menor el factor de Lang. Los tipos de procesamiento con su
respectivo factor de Lang se presentan a continuación:
•
𝐹Z = 3 Procesamiento sólido
•
𝐹Z = 5 Procesamiento fluido
•
𝐹Z = 4 Procesamiento mixto
Con el factor de Lang y el costo de los equipos se emplea la siguiente ecuación:
𝐶Z = 𝐹Z ‰ 𝐶/
Donde 𝐹Z es el factor de Lang o el factor de instalación. Se determina el factor de Lang según el
procesamiento.
Estimación de costos según el método de Hand
Para la estimación de costos aplicando el método de Hand se toman los mismos costos de
los equipos calculados anteriormente, sin embargo, esta vez se determinan otros factores. Se toma
en cuenta el factor del material y se toma en cuenta el factor de instalación de Hand que depende
del tipo de equipo. Con el fin de obtener el costo total de cada equipo, se multiplica el costo por el
factor del material y el factor de Hand y se suma el costo de cada equipo para obtener el costo total
de la planta, tal y como indica la siguiente ecuación:
94
𝐶$ = ‰ 𝐶/ × 𝑓C × 𝐹$
Donde 𝐹$ representa al factor de Hand que depende de cada equipo y 𝑓C es el factor del material
utilizado.
Estimación de costos según el método factorial detallado
Para este método se toma en cuenta varios factores: factor de material (𝑓C ), factor de
montaje de equipo (𝑓/A ), factor eléctrico (𝑓/> ), factor de instrumento de control (𝑓= ), factor civil
(𝑓< ), factor de estructura (𝑓: ) y factor de “lining” (𝑓> ). Estos factores dependen del tipo de
procesamiento ya sea este líquido, sólido o mixto. Para obtener el costo total de cada equipo, se
multiplica el costo por el factor del material y los factores de instalación de cada equipo. La
siguiente ecuación se utiliza para obtener el costo de la planta tomando en cuenta los factores
mencionados anteriormente:
𝐶 = ‰ 𝐶𝑒 ‹t1 + 𝑓F u𝑓C + (𝑓/A + 𝑓/> + 𝑓= + 𝑓< + 𝑓: + 𝑓> )Œ
C.3.2. Inversión de capital fijo
La inversión de capital fijo es el costo total del diseño, la construcción y la instalación de
una planta. Se compone de los costos OSBL, costos ISBL, costos de ingeniería y construcción, y
gastos imprevistos.
Costos ISBL
Los costos ISBL (Inside Battery Limits) se refiere a los costos de la planta en sí y calcula
a partir de la estimación de costos aplicando el método de Hand y el método factorial detallado.
95
Primero se calcula el ±30% del costo obtenido a partir del método de Hand y se calcula el ±30%
del costo obtenido a partir del método factorial detallado. El costo ISBL es el promedio del límite
mayor del costo Hand y el límite menor del costo factorial detallado.
Costos OSBL
Los costos OSBL (Outside Battery Limits) se refiere a los costos por modificaciones o
mejoras a la infraestructura del sitio. Este costo es usualmente entre el 20% y el 50% del costo del
ISBL, y el 40% es usualmente usado como una estimación inicial si no se conocen los detalles del
sitio. En este caso se considera como el 40% del costo ISBL.
𝐶[\QZ = (40%)𝐶]\QZ
Costos de ingeniería y construcción
Los costos de ingeniería incluyen los costos del diseño detallado y otros servicios de
ingeniería necesarios para llevar a cabo el proyecto. Para proyectos pequeños, los costos de
ingeniería son el 30% del coste de ISBL más OSBL, y para proyecto más grandes son el 10% del
coste de ISBL más OSBL. Considerando que este es un proyecto pequeño se emplea la siguiente
ecuación:
𝐶]?9.^ <6?:;. = (30%)(𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
Dentro de costos de ingeniería y construcción también se suma el costo de los equipos de oficina.
96
Gastos imprevistos
Los gastos imprevistos son 10% del costo de ISBL más OSBL, como lo muestra la
siguiente ecuación:
𝐶]CFA/D=:;6: = (10%)(𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
C.3.3. Capital de trabajo
El capital de trabajo es el dinero adicional al costo de construcción de la planta y su puesta
en marcha. Típicamente incluye el valor de inventario de materia prima, el valor de inventario de
productos y subproductos, efectivo en caja, cuentas a cobrar, créditos de cuentas pendientes e
inventario de repuestos. A su vez, el valor de inventario de productos y subproductos se calcula a
partir de los costos de producción. A continuación, se presenta la metodología para calcular los
costos que incluye el capital del trabajo.
1. Valor de inventario de materia prima: estimado como costos de materia prima utilizadas
en 2 semanas de producción.
2. Valor inventario productos y subproductos: estimado como costo de producción para 2
semanas. El costo de producción se calcula como se indica a continuación.
Costos de producción
Los costos de producción están compuestos por los costos de producción variables y costos
de producción fijos.
97
Costos de producción variables
Estos costos son proporcionales al rendimiento y caudal de producción e incluye el costo
de: materia prima, servicios de agua potable y de electricidad, transporte y envasado del producto
final. Todos estos gastos se calculan para un tiempo de 2 semanas.
Costos de producción fijos
Los costos de producción fijos no dependen del caudal de producción y no son susceptibles
a cambios en la eficiencia del proceso. Estos costos incluyen costos de:
•
Labor operación: se toma en cuenta el número de empleados que van a trabajar en la
planta, tanto operarios como empleados de puestos administrativos. Se establece un valor
de salario y se considera que cada empleado va a recibir el décimo tercero y el décimo
cuarto.
•
Supervisión: es el 25% de labor de operación + administración.
𝐶:IF/AD=:=ó? = 25% (𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛)
•
Gastos salariales directos: son el 50% de labor de operación + administración.
𝐶:0>0A=0>/: = 50% (𝑙𝑎𝑏𝑜𝑟 𝑜𝑝𝑒𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 + 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑣𝑖𝑠𝑖ó𝑛)
•
Mantenimiento: es 3 – 5 % del costo ISBL.
𝐶C0?;/?=C=/?;6 = 3 − 5% (𝐶]\QZ )
•
Impuestos sobre la propiedad: es el 1 – 2 % del costo ISBL.
𝐶=CFI/:;6 A/?;0 = 1 − 2% (𝐶]\QZ )
•
Alquiler tierra: es 1 – 2% del costo ISBL + costo OSBL.
𝐶0>HI=>/A ;=/AA0 = 1 − 2% (𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
98
•
Gastos generales: son el 65% de la labor de operación + supervisión + gastos salariales +
mantenimiento
𝐶9/?/A0>/: = 65% (𝐶>016A 6F. + 𝐶:IF/AD=:=ó? + 𝐶:0>0A=0>/: + 𝐶C0?;/?=C=/?;6 )
•
Gastos medio ambientales: son el 1% del costo ISBL + costo OSBL.
𝐶C/@=60C1=/?;0>/: = 1% ((𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
•
Costo por licencias de funcionamiento: para este proyecto se considera licencia de
registro sanitario y permisos de bomberos.
3. Efectivo en caja: Se estima como el costo de producción de 1 semana
4. Cuentas por cobrar: se refiere a productos ya suministrados, pero aún no cobrados. Se
estima como el costo de producción de 1 mes.
5. Créditos cuentas pendientes: se refiere a los costos de materiales y equipos ya recibidos,
pero no pagados aún. Se estima como el valor de inventario de materia prima de 1 mes.
6. Inventario de repuestos: se calcula como el 1-2% del costo ISBL + costo OSBL.
𝐶A/FI/:;6: = 1 − 2% (𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
C.3.4. Ingresos de la planta
Los ingresos de la planta se obtienen principalmente de la venta de productos principales
y secundarios. Se establece un precio fijo que incluye IVA del producto y se multiplica por el
caudal de producción.
99
Margen
Es la suma de los ingresos anuales por venta de productos y subproductos menos el costo
anual de materia prima.
𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛 = 𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠 − 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑟𝑖𝑚𝑎
Costo en efectivo de producción (CCOP)
Se obtiene a partir de la suma de los costos anuales de producción variables y los costos
anuales de producción fijos.
𝐶𝐶𝑂𝑃 = 𝐶D + 𝐶_
Beneficio bruto
El beneficio bruto es el ingreso por venta del producto principal menos el costo en efectivo
de producción. El beneficio bruto es distinto al margen bruto porque es más detallado ya que
incluye los costos variables y costos fijos, no solo considera costos de materia prima.
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 = 𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠 − 𝐶𝐶𝑂𝑃
Beneficio neto
El beneficio neto es el resultado del beneficio bruto menos impuestos. En este caso se
considera solamente el impuesto a la renta.
100
Impuesto a la renta
De acuerdo con el beneficio bruto se determina el impuesto sobre la fracción básica y el
porcentaje del impuesto sobre la fracción excedente, con la siguiente tabla [37]:
Figura C.3.4. 1.Tabla de impuesto a la renta de personas naturales para el año 2020
El impuesto sobre la fracción excedente se calcula mediante la siguiente ecuación:
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = (𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 − 𝐹𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎) % 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜
El impuesto a la renta se calcula con la siguiente formula:
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎 = 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑏á𝑠𝑖𝑐𝑎 + 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒
101
C.3.5. Análisis de recuperación del capital
Tiempo de recuperación
Con el costo de inversión total de planta se obtiene el tiempo de recuperación del capital
con la siguiente formula:
𝑇./<IF/A0<=ó? =
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑓𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑗𝑎 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙 𝑝𝑟𝑜𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜
La inversión inicial total es la suma de la inversión de capital fijo mas el capital de trabajo. El flujo
de caja neto es igual al beneficio neto anual.
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑗𝑜 + 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑟𝑎𝑏𝑎𝑗𝑜
Con el tiempo de recuperación se puede observar desde que año se puede obtener una ganancia
total por el producto. Con esta información es posible determinar si el proyecto es viable o no.
ROI
El retorno de inversión (ROI) se calcula con la siguiente ecuación:
𝑅𝑂𝐼 =
𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
∗ 100%
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
D. Cálculos
D.1. Diseño de planta
D.1.1. Balance de masa
Grados de libertad de balance atómico
𝐺𝐿 = # 𝑖𝑛𝑐ó𝑛𝑖𝑡𝑎𝑠 − # 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑒𝑠 𝑎𝑡ó𝑚𝑖𝑐𝑎𝑠 𝑖𝑛𝑑𝑒𝑝𝑒𝑛𝑑𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒𝑠
− # 𝑏𝑎𝑙𝑎𝑛𝑐𝑒𝑠 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑟𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑖𝑒𝑠 − # 𝑜𝑡𝑟𝑎𝑠 𝑒𝑐𝑢𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
102
𝐺𝐿 = 5 − 5 − 0 − 0
𝐺𝐿 = 0
Al obtener un grado de libertad de cero, se demuestra que el balance de masa se puede resolver.
Balance de masa
Todo lo que entra al proceso sale con una consistencia distinta; las materias primas se combinan
creando una mezcla arenosa la cual se compacta para crear una barra de shampoo redonda. Se
determinan los caudales y corrientes del proceso mediante sencillos balances de masa atómicos
para cada operación unitaria, tomando en cuenta que entrada es igual a salida.
Mezcla
I1= SLS = 7 kg/día
I2= vinagre manzana= 0.50 kg/día
I3= glicerina vegetal= 0.40 kg/día
I4= pigmento= 0.05 kg/día
𝐸=𝑆
𝐼( + 𝐼' + 𝐼! + 𝐼) = 𝐶(
(7 + 0.50 + 0.40 + 0.05) 𝑘𝑔/𝑑í𝑎 = 7.95 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
𝐶( = 7.95 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
Baño maría
I5= alcohol cetílico = 0.30 kg/día
I6= ácido esteárico = 0.55 kg/día
I7= manteca de cacao= 0.40 kg/día
I8= aceites esenciales = 0.70 kg/día
103
I9= fragancia = 0.10 kg/día
𝐸=𝑆
(𝐼+ + 𝐼* + 𝐼` ) + (𝐼, + 𝐼5 ) = 𝐶' + 𝐶!
(0.3 + 0.55 + .40) + (0.70 + 0.10) 𝑘𝑔/𝑑í𝑎 = 2.05 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
𝐶' + 𝐶! = 2.05 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
Mezcla’
𝐸=𝑆
𝐶( + 𝐶' + 𝐶! = 𝐶)
(7.95 + 2.05) 𝑘𝑔/𝑑í𝑎 = 10 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
𝐶) = 10 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
Extrusora
𝐸=𝑆
𝐶) = 𝐶+
𝐶+ = 10 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
Compactadora
𝐸=𝑆
𝐶+ = 𝐶*
𝐶* = 10 𝑘𝑔/𝑑í𝑎
104
D.1.2. Dimensionamiento de equipos
Mezcladora
Volumen de mezcla
𝑉C/J<>0 =
𝑉C/J<>0 =
𝑚C/J<>0
𝜌1
10 𝑘𝑔
= 0.02353 𝑚!
!
425 𝑘𝑔/𝑚
𝑉C/J<>0 = 23.53 𝐿
Diámetro de tanque de mezcladora
! 2𝑉
C/J<>0
𝐷={
𝜋
!
𝐷={
2(0.02353 𝑚! )
= 0.247 𝑚
𝜋
Longitud de tanque de mezcladora
𝐿 = 2𝐷
𝐿 = 2(0.247 𝑚) = 0.493 𝑚
Se aumenta 20% de longitud por cuestiones de seguridad:
𝐿 = 0.493 𝑚 + 20%
𝐿 = 0.592 𝑚
Espesor de pared de tanque
𝑡K - =
𝑃= 𝐷
2𝑆𝐸 − 1.2𝑃=
105
El material con el cual se va a construir la mezcladora es acero inoxidable 304; el esfuerzo máximo
permisible (S) depende del material y de la temperatura. Este valor se recupera de la Tabla 13.2
del capítulo 13 del libro de Ray Sinnott.
𝑆 = 137.90 𝑁/𝑚𝑚'
Se utiliza la presión ambiente de 𝑃 = 0.101 𝑁/𝑚𝑚' .
Se considera una eficiencia de la soldadura muy buena de 𝐸 = 1.
𝑡K -
(0.101 𝑁/𝑚𝑚' )(0.247)
=
(2)(137.90 𝑁/𝑚𝑚' )(1) − (1.2)(0.101 𝑁/𝑚𝑚' )
Al espesor de la pared del tanque de mezcladora se suma 2 mm por cuestiones de seguridad:
𝑡K - = 9.03 × 10"+ 𝑚 = 0.0903 𝑚𝑚 + 2 𝑚𝑚
𝑡K - = 2.0903 𝑚𝑚 = 2.0903 × 10"! 𝑚
Masa de material que ocupa el tanque de la mezcladora
𝑚;0?HI/ = (𝜋)(𝐷)(𝐿)( 𝑡K - )(𝜌!3) )
𝑚;0?HI/ = (𝜋)(0.247𝑚)(0.6𝑚)( 2.0903 × 10"! 𝑚)(8,000 𝑘𝑔/𝑚! )
𝑚;0?HI/ = 7.662 𝑘𝑔
Espesor de cabezal elipsoidal
Un tanque cilíndrico con cabezal elipsoidal se ve de la siguiente forma:
Figura D.1.2. 1. Cabezal elipsoidal
106
𝑡K N =
𝑡K N
𝑃= 𝐷
2𝑆𝐸 − 0.2𝑃=
(0.101 𝑁/𝑚𝑚' )(0.274)
=
(2)(137.90 𝑁/𝑚𝑚' )(1) − (0.2)(0.101 𝑁/𝑚𝑚' )
𝑡K N = 9.03 × 10"+ 𝑚 = 0.0903 𝑚𝑚 + 2 𝑚𝑚
𝑡K N = 2.0903 𝑚𝑚 = 2.0903 × 10"! 𝑚
Masa de material que ocupa la base de la mezcladora
𝑚10:/ = (𝜋)(𝐷' )(𝑡K N )(𝜌!3) )
𝑚10:/ = (𝜋)(0.274 𝑚)' (2.0903 × 10"! 𝑚)(8,000 𝑘𝑔/𝑚! )
𝑚10:/ = 3.192 𝑘𝑔
Masa total de material de tanque de la mezcladora
𝑚 O = 𝑚;0?HI/ + 𝑚10:/
𝑚 O = (7.662 + 3.192)𝑘𝑔
𝑚 O = 10.854 𝑘𝑔
Diámetro de agitador
De acuerdo con las proporciones geométricas para un sistema de agitación normal del libro
de “Procesos de transporte y operaciones unitarias” de C.J. Geankoplis (1998):
𝐷0 1
=
𝐷
3
𝐷0 =
𝐷 0.274 𝑚
=
3
3
𝐷0 = 0.0822 𝑚
107
Se resumen todos los resultados obtenidos previamente para el dimensionamiento de la mezcladora
en las siguientes tablas:
Tabla D.1.2. 1. Dimensiones de tanque de mezcladora
Volumen de mezcla
𝑽𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 [𝒎𝟑 ]
0.0235
Diámetro de tanque
𝑫𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [𝒎]
Longitud de tanque
𝑳𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [𝒎]
Diámetro de agitador
𝑫𝒂𝒈𝒊𝒕𝒂𝒅𝒐𝒓 [𝒎]
0.247
0.592
0.0822
Tabla D.1.2. 2. Características de tanque de mezcladora
Espesor pared
de tanque
𝒕𝒘 𝑷 [𝒎]
Masa de
tanque
𝒎𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [𝒌𝒈]
𝟐. 𝟎𝟗𝟎𝟑 × 𝟏𝟎"𝟑
7.662
Espesor cabezal
elipsoidal de tanque
𝒕𝒘 𝑪 [𝒎]
Masa de base
de tanque
𝒎𝒃𝒂𝒔𝒆 [𝒌𝒈]
Masa total de
tanque
𝒎𝑻 [𝒌𝒈]
3.192
10.854
2.0903 × 10"!
Baño maría
El equipo de baño maría consta principalmente de un recipiente rectangular externo que
contiene el agua que calienta el contenido del recipiente interno.
Recipiente interno
Se establecen las dimensiones del recipiente rectangular en función del largo (L).
𝐿 = 3𝐿
𝐻 = 2𝐿
𝐴=𝐿
𝑉 =𝐿×𝐻×𝐴
𝑉 = 3𝐿 × 2𝐿 × 𝐿 = 6𝐿!
!
𝐿={
𝑉
6
108
𝑉=
𝑚
𝜌10ñ6 C0Aí0
!
𝐿={
=
2.05 𝑘𝑔
= 0.0182 𝑚!
!
112.89 𝑘𝑔/𝑚
0.0182 𝑚!
= 0.145 𝑚
6
Dimensiones de recipiente interno
𝐿 = 3(0.145 𝑚) = 0.435 𝑚
𝐻 = 2(0.145 𝑚) = 0.290 𝑚
𝐴 = 0.145 𝑚
Dimensiones de recipiente externo
Para obtener las dimensiones del recipiente externo se aumenta 20% a las dimensiones del
recipiente interno:
𝐿 = 0.522 𝑚
𝐻 = 0.348 𝑚
𝐴 = 0.174 𝑚
Dimensiones de equipo
Se aumenta 20 cm a la longitud del recipiente externo con el objetivo de dejar espacio para
el controlador. Para obtener la altura y el ancho del recipiente se aumenta 20% a las dimensiones
del recipiente externo:
𝐿 = 0.722 𝑚
𝐻 = 0.417 𝑚
𝐴 = 0.209 𝑚
109
La siguiente tabla presenta las dimensiones del equipo industrial de baño maría:
Tabla D.1.2. 3. Dimensiones de equipo baño maría
Medidas [m]
Largo (L)
Alto (H)
Ancho (A)
Recipiente interno
0.435
0.290
0.145
Recipiente externo
0.522
0.348
0.174
Equipo
0.722
0.417
0.209
Extrusora
La máquina extrusora está compuesta por las siguientes partes principales: tolva, carcasa y
tornillo sin fin. A continuación, se dimensionan cada parte del equipo:
Tolva
La tolva es diseñada de acuerdo con la capacidad de alimentación, en este caso la capacidad
es de 10 kg. La base o salida de la tolva se conecta directamente con la garganta de alimentación
de la extrusora, por lo tanto, las dimensiones de la base menor dependen del diámetro del tornillo
sin fin. El tornillo sin fin tiene las siguientes dimensiones que son estándar en la industria:
Tabla D.1.2. 4. Dimensiones de tornillo sin fin
Tornillo sin fin
Longitud (L) [m] Diámetro (D) [m]
0.60
0.15
De acuerdo con la siguiente imagen se establece que el largo de la base menor es 3/2 del diámetro
del tornillo sin fin, y el ancho es 7/10 del diámetro.
110
Figura D.1.2. 2. Dimensiones de base menor de tolva de acuerdo con el diámetro del tornillo
A continuación, se muestran los resultados obtenidos de la longitud y el ancho de la base menor
de la tolva:
Tabla D.1.2. 5. Dimensiones de base menor de tolva
Base menor tolva
Longitud (L) [m]
Ancho (A) [m]
0.225
0.105
Las dimensiones de la base mayor de la tolva se establecen de acuerdo con las medidas estándar
de tolvas en la industria que se muestran en la siguiente tabla:
Tabla D.1.2. 6. Dimensiones de base mayor de tolva
Base mayor tolva
Longitud (L) [m]
Ancho (A) [m]
0.60
0.30
𝑉=
ℎ
t𝐴 + 𝐵 + √𝐴 × 𝐵u
3
ℎ;6>D0 = 0.263 𝑚
111
Las dimensiones de la tolva se presentan en la siguiente tabla:
Tabla D.1.2. 7. Dimensiones de tolva de extrusora
Partes
Base menor B
Base mayor A
Altura (H) [m]
Tolva
Largo (L) [m]
Ancho (A) [m]
0.225
0.105
0.60
0.30
0.263
Ángulo de filete
𝜑 = tan"( f
𝑡
h
𝜋 × (𝐷 − ℎ)
𝑡 = 0.075 𝑚
ℎ = 0.025 𝑚
𝜑 = 10.812°
Espesor de filete
𝑒 = 0.12 × 𝐷 = 0.12 × 0.15 𝑚
𝑒 = 0.018 𝑚
Dimensiones de carcasa
𝐻 = 0.003 × 𝐷 = 0.003 × 0.15 𝑚
𝐻 = 4.50 × 10") 𝑚
La holgura es la distancia que existe entre el tornillo y la carcasa o chaqueta que lo contiene, por
lo tanto, se suma la holgura multiplicado por dos al diámetro del tornillo y se obtiene el diámetro
aproximado de la carcasa.
112
La siguientes tablas resumen los resultados obtenidos:
Tabla D.1.2. 8. Dimensiones de tornillo sin fin de extrusora
Tornillo
Diámetro
Longitud
tornillo
𝑳 [𝒎]
𝐷;6A?=>>6 [𝑚]
0.60
0.15
Tornillo sin fin
Filete
Espesor
Ángulo filete
filete
𝜑 [°]
𝑒 [𝑚]
10.812
0.018
Paso de
rosca
𝑡 [𝑚]
0.075
Rosca
Profundidad
rosca
ℎ [𝑚]
0.025
Tabla D.1.2. 9. Dimensiones de carcasa de extrusora
Holgura
𝑯 [𝒎]
0.00045
Carcasa
Longitud
𝐿 [𝑚]
0.66
Diámetro
𝐷 [𝑚]
0.151
Compactadora
Fuerza de cilindro
Se determina la cantidad de cilindros y la fuerza que cada uno de ellos debe aplicar para compactar
25 barras de shampoo a la vez.
𝑃N6CFA/:=ó? =
𝐹<=>=?@A6
𝐴Q0AA0
𝐹<=>=?@A6 = 120 𝑝𝑠𝑖(𝜋𝑟 ' )
𝐹<=>=?@A6 = 827,370.88 𝑁/𝑚' (𝜋)(0.03 𝑚)'
𝐹<=>=?@A6 = 2,339.336 𝑁
Esta es la fuerza que se debe aplicar para compactar una sola barra de jabón. Para calcular la fuerza
que debe aplicar el cilindro para compactar 25 barras de shampoo se realiza el siguiente calculo:
113
𝐹<=>=?@A6 = 2,339.34 𝑁 × 25 = 58,483.401 𝑁
Obtenida la presión que debe generar un cilindro, se selecciona el cilindro a utilizar para la
máquina, en este caso un cilindro compacto ADN neumático doble efecto. Según el catálogo Festo,
el rango de operación de fuerza teórica con 6 bar del cilindro, se encuentra entre 51 a
7363 N.
𝑛<=>=?@A6: =
𝐹<=>=?@A6 58,483.401 𝑁
=
= 7.943 ≈ 8
𝐹C0R
7,363 𝑁
Utilizando la fuerza máxima, se neceseitaría emplezar 8 cilindros para compactar 25 barras de
shampoo. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla:
Tabla D.1.2. 10. Número de cilindros que requiere la compactadora
Presión de
compresión
𝑷𝒄𝒐𝒎𝒑𝒓𝒆𝒔𝒊ó𝒏 [𝒑𝒔𝒊]
Fuerza teórica
de cilindro
𝑭𝒕𝒆ó𝒓𝒊𝒄𝒂 [𝑵]
Fuerza total
𝑭𝑻 [𝑵]
Fuerza de
catálogo
𝑭𝒄𝒂𝒕á𝒍𝒐𝒈𝒐 [𝑵]
Número de
cilindros
𝒏
137.90
2,339.336
58,483.401
7,363
7.943 ≈ 8
Diámetro de émbolo
El diámetro del vástago se selecciona dependiendo de los disponibles en el mercado:
𝐷Dá:;096 = 20 𝑚𝑚
𝐴SD0?</ =
𝐹<=>=?@A6
𝑃zMW ;A010T6
𝐴SD0?</ = 𝐴éC16>6 − 𝐴Dá:;096
𝑃zMW ;A010T6 = 6 𝑏𝑎𝑟 = 0.6 𝑁/𝑚𝑚' .
114
Entonces:
𝜋
𝐹<=>=?@A6
(𝐷éC16>6 ' − 𝐷Dá:;096 ' ) =
4
𝑃zMW ;A010T6
4𝐹<=>=?@A6
𝐷éC16>6 = {
+ 𝐷Dá:;096 '
𝜋𝑃zMW ;A010T6
4(2339.34𝑁)
𝐷éC16>6 = {
+ (20𝑚𝑚)'
𝜋(0.6 𝑁/𝑚𝑚' )
𝐷éC16>6 = 73.241 𝑚𝑚
Obtenido el diámetro del émbolo se tiene todas las características principales de los cilindros
neumáticos que se detallan en la tabla a continuación:
Tabla D.1.3. 1. Características de cilindro de compactadora
Características
Tipo
Diámetro del vástago
[mm]
Diámetro mínimo del
émbolo [mm]
Fuerza teórica de
empuje a 6 [bar] [N]
Descripción
Doble efecto
20
73.241
2,340
Tanques de almacenamiento
Las materias primas que se utilizan para el proceso de producción de shampoo sólido,
deben ser almacenadas adecuadamente con el fin de conservar sus propiedades y aprovechar su
vida útil. A partir de las fichas técnicas creadas para cada materia prima, se conoce que se debe
115
almacenar los productos en recipientes herméticamente cerrados. Los compuestos líquidos van a
ser almacenados en contenedores de forma cúbica también conocidos como contenedores IBC por
sus siglas en inglés, Intermediate Bulk Container. Estos contendores contienen dosificadores que
facilitan la obtención y medición de las materias primas. Es importante mencionar que los aceites
esenciales y la manteca de cacao se van a almacenar en los contenedores entregados por el
distribuidor. Los aceites esenciales y fragancias aromáticas se distribuyen en envases de vidrio
ámbar de 500 ml. La manteca de cacao se distribuye en tambores de plástico. Para el
almacenamiento de la materia prima sólida, se van a utilizar tambores plásticos abiertos con tapa
hermética. Estos tambores industriales son recipientes cilíndricos utilizados para transportar y
almacenar sólidos y líquidos. Tomando en cuenta que se va a adquirir materia prima cada 6 meses,
se determina la capacidad de cada tanque de almacenamiento. Esta información se resume en la
tabla a continuación:
Tabla D.1.2. 11. Características de tanques de almacenamiento de materia prima
Estado
Líquido
Materia prima
almacenada
Cantidad
adquirida 6
meses [L]
Tipo tanque
Capacidad
tanque [L]
Vinagre de manzana
36
IBC
100
Glicerina Usp
22.86
IBC
100
SLS
489.32
Tambor de plástico abierto
500
Ácido esteárico
45.52
Tambor de plástico abierto
50
Alcohol cetílico
26.34
Tambor de plástico abierto
50
Pigmento amarillo
9
Tambor de plástico abierto
20
Pigmento verde
9
Tambor de plástico abierto
20
Pigmento lila
9
Tambor de plástico abierto
20
Sólido
116
D.1.3. Balance de energía
Mezcladora
Número de Reynolds
Para calcular el número de potencia primero se debe calcular el número de Reynolds con la
siguiente ecuación:
𝑁./ =
(𝐷0 )' (𝑁)(𝜌1 )
𝜇2
La mezcla de la barra de shampoo es sólida, pues se utilizan los componentes líquidos en
cantidades pequeñas. Por este motivo, no es posible calcular la viscosidad de la mezcla. Se opta
por tomar la viscosidad más alta entre los ingredientes líquidos, que en este caso es la glicerina
vegetal.
𝜇2 = 0.43 𝑃𝑎 ∙ 𝑠 = 0.43 𝑘𝑔/𝑚 ∙ 𝑠
𝑁./ =
(0.0822 𝑚)' (2.5 𝑟𝑝𝑠)(425 𝑘𝑔/𝑚! )
1.41 𝑘𝑔/𝑚 ∙ 𝑠
𝑁./ = 5.0878
Número de potencia
𝑁- = 215 (𝑁./ )"3.5++
𝑁- = 215 (5.0878)"3.5++
𝑁- = 45.468
Potencia de motor
𝑃 = (𝑁- )(𝜌1 )(𝑁 ! )(𝐷0 + )
𝑃 = (45.468)(425 𝑘𝑔/𝑚! )(2.5! )(0.0822𝑚)+
𝑃 = 1.131 𝐽/𝑠 = 1.131 × 10"! 𝑘𝑊 = 1.517 × 10"! 𝐻𝑃
117
La siguiente tabla resume los datos más relevantes calculados:
D.1.3. 1. Variables utilizadas para calcular la potencia del motor de la mezcladora
Viscosidad
máxima
𝝁 𝑮𝒍𝒊𝒄𝒆𝒓𝒊𝒏𝒂 𝒖𝒔𝒑
1.41
Número de
Reynolds
𝑵𝑹𝒆
5.0878
Número de
potencia
𝑵𝑷
45.468
Potencia de
motor
𝑷𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓 [𝒌𝑾]
Potencia de
motor
𝑷𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓 [𝑯𝑷]
1.131 × 10"!
1.517 × 10"!
Como se puede observar en la tabla, la energía que requiere el motor de la mezcladora es
1.131 × 10"! kW. El caudal de producción es pequeño, la capacidad de los equipos también es
pequeña, lo que justifica el valor calculado de la potencia del motor. En el mercado existe una
variedad de motores eléctricos para distintos usos, para la mezcladora del proceso se va a utilizar
un motor de medio caballo de fuerza. Es importante tomar en cuenta que existen motores con
potencia hasta de un octavo de caballo de fuerza, sin embargo, considerando que en un futuro la
producción de la planta va a aumentar, se escoge un motor con mayor potencia a la necesaria.
Baño maría
𝐶F C0?;/<0 <0<06 = 𝐶F 2 = 2,009.66 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
𝐶F á<=@6 /:;/áA=<6 = 𝐶F } = 2,300 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
𝐶F 0><6~6> </;í>=<6 = 𝐶F N = 1,967.80 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
𝑚̇ = 2.05
𝑘𝑔
= 0.0683 𝑘𝑔/𝑚𝑖𝑛
30𝑚𝑖𝑛
𝑄 = 𝑚̇¹¹¹
𝐶F Δ𝑇
¹¹¹F = 𝑥2 𝐶F + 𝑥} 𝐶F + 𝑥N 𝐶F
𝐶
2
}
N
¹¹¹
𝐶F = [(0.04 ∗ 2009.66) + (0.055 ∗ 2300) + (0.03 ∗ 1967.80)] 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
¹¹¹
𝐶F = 265.92 𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾
118
¹¹¹F Δ𝑇
𝑄 = 𝑚̇𝐶
𝑄 = f0.0683
𝑄 = 234.954
𝑘𝑔
𝐽
h f265.92
h (310.93 − 298)𝐾
𝑚𝑖𝑛
𝑘𝑔 ∙ 𝐾
𝐽
60 𝑚𝑖𝑛
1 𝑘𝐽
𝑘𝐽
×
×
= 14.097 = 3.916 × 10"! 𝑘𝑊ℎ
𝑚𝑖𝑛
1ℎ
1000 𝐽
ℎ
La eficiencia estándar de equipos de calentamiento varía entre 60 a 80%. Se establece una
eficiencia del 70% para el equipo de baño maría.
𝑄=
3.916 × 10"! 𝑘𝑊ℎ
0.70
𝑄 = 5.594 × 10"! 𝑘𝑊ℎ
Los resultados más importantes se presentan en la siguiente tabla:
D.1.3. 2. Calor requerido de equipo de baño maría
Flujo másico
𝒎̇ [𝒌𝒈/𝒎𝒊𝒏]
0.0683
Eficiencia de
equipo
𝜼 [%]
70
Calor
requerido
𝑸 [𝒌𝑾]
5.594 × 10"!
Extrusora
Potencia de motor
𝑃6 = 𝑃 × 𝑄
Primero se calcula el flujo volumétrico de la siguiente forma:
Flujo de arrastre
𝛼=
𝑡
𝜋 𝑚 𝐷 ℎ k𝑚 − 𝑒n (cos 𝜑)'
2
𝛼 = 1.113 × 10"+ 𝑚!
119
Flujo de presión
𝛽=
𝑡
𝑚 ℎ! k𝑚 − 𝑒n sin 𝜑 cos 𝜑
12 𝐿
𝛽 = 2.215 × 10", 𝑚!
Flujo de pérdidas
𝜋 ' 𝐷' 𝐻! tan 𝜑
𝛾=
10 𝑒 𝐿
𝛾 = 1.0119 × 10"5 𝑚!
Factor K
𝐾=
3 𝜋 𝑑( ! 𝑑' !
128 𝑙 (𝑑( ' + 𝑑( 𝑑' + 𝑑' ' )
𝐾 = 1.609 × 10"*
Flujo volumétrico
𝑄=f
𝛼𝐾
h𝑁
𝐾+𝛾+ 𝛽
𝑄 = 0.002 𝑚! /𝑚𝑖𝑛
𝑄 = 0.145 𝑚! /ℎ
𝑚̇ = 61.557 𝑘𝑔/ℎ
𝑃 = 120 𝑃𝑠𝑖 = 0.8274 𝑀𝑃𝑎 = 8.274 × 10+ 𝑁/𝑚'
𝑄 = 0.145 𝑚! /ℎ = 4.023 × 10"+ 𝑚! /𝑠
𝑃6 = (8.274 × 10+ 𝑁/𝑚' )(4.023 × 10"+ 𝑚! /𝑠)
𝑃6 = 33.286
𝑁𝑚
= 33.286 𝑊 = 0.0333 𝑘𝑊
𝑠
𝑃6 = 0.0446 𝐻𝑃
120
Los datos calculados se resumen en la siguiente tabla:
D.1.3. 3. Flujos generados durante proceso de extrusión
Flujo de
arrastre
𝜶̇ [𝒎𝟑 ]
𝟏. 𝟏𝟏𝟑
× 𝟏𝟎"𝟓
Flujo de
presión
𝜷 [𝒎𝟑 ]
Flujo de
pérdidas
𝜸 [𝒎𝟑 ]
2.215 × 10",
1.0119 × 10"5
𝑲
Flujo
volumétrico
𝑸 [𝒎𝟑 /𝒔]
1.609 × 10"!
4.0234 × 10"+
Factor K
El motor que se va a adquirir para el equipo es de medio caballo de fuerza.
Compactadora
La compactadora es un equipo neumático que utiliza aire atmosférico para mover los
pistones de los cilindros que compactan las barras de shampoo. El instrumento que proporciona
aire al equipo se conoce como compresor, transforma la energía eléctrica en energía mecánica. Por
esta razón, se realiza el balance de energía del motor que potencia al compresor, como se muestra
a continuación:
Consumo de aire
𝑄90:;6 <=>=?@A6
1.013 + 𝑃6F/A0<=ó?
𝐶𝐷éC16>6 ' 𝜋 𝐶t𝐷éC16>6 ' − 𝐷Dá:;096 ' u𝜋
=s
+
v𝑛
4
4
1.013
𝐶 = 150 𝑚𝑚
𝑛=
1
5 𝑚𝑖𝑛
𝐷éC16>6 = 80 𝑚𝑚
𝐷Dá:;096 = 20 𝑚𝑚
𝑃6F/A0<=ó? = 6 𝑏𝑎𝑟
𝑄90:;6 <=>=?@A6
(150 𝑚𝑚)(80 𝑚𝑚)' 𝜋 (150 𝑚)(80' − 20' )𝜋
1
1.013 + 6 𝑏𝑎𝑟
=s
+
vf
hf
h
4
4
5 𝑚𝑖𝑛
1.013
121
𝑄90:;6 <=>=?@A6 = 2,022,680.16
𝑚𝑚!
𝑚!
= 2.0227 × 10"!
𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
Debido a que la compactadora está compuesta por 8 cilindros, se calcula el consumo de aire
mediante la siguiente ecuación, tomando en cuenta 5% de pérdida de fugas:
𝑄90:;6 ;6;0> = 𝑄90:;6 <=>=?@A6 × 8 × 105%
𝑄90:;6 ;6;0>
𝑚!
𝑙
= 0.0170
= 16.991
= 0.600 𝑐𝑓𝑚
𝑚𝑖𝑛
𝑚𝑖𝑛
Volumen de tanque de almacenamiento de aire
𝑉;0?HI/ =
15(𝑄90:;6 ;6;0> )(𝑃0@C=:=ó? )
(∆𝑃)𝑁
∆𝑃 = 50 𝑝𝑠𝑖 = 3.447 𝑏𝑎𝑟
𝑁 = 15/ℎ
𝑃0@C=:=ó? = 1 𝑏𝑎𝑟
𝑉;0?HI/ =
15 (0.0170 𝑚! /𝑚𝑖𝑛)(1 𝑏𝑎𝑟)
15
1ℎ
(3.447 𝑏𝑎𝑟) k ×
ℎ 60 minn
𝑉;0?HI/ = 0.296 𝑚! = 296 𝐿
Potencia de motor de compresor
De acuerdo con el volumen, es posible seleccionar el compresor adecuado del catálogo SITASA,
la potencia del motor requerida es:
𝑃 = 7.5 𝐻𝑃
122
Los datos más importantes se resumen en la siguiente tabla:
D.1.3. 4. Potencia de motor de compresor de compactadora
Consumo de
aire
𝑸𝒈𝒂𝒔𝒕𝒐 [𝒄𝒇𝒎]
Volumen de
tanque
𝑽𝒕𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 [𝑳]
Potencia de
motor
𝑷𝒎𝒐𝒕𝒐𝒓 [𝑯𝑷]
0.6
296
7.5
A partir de los requerimientos energéticos es posible seleccionar un compresor adecuado del
catálogo SITASA. El compresor que se va a adquirir tiene un motor de potencia de 7.5 caballos de
fuerza, tiene un tanque de almacenamiento de aire de 500 L y proporciona una presión máxima de
11 bar [33].
D.2. Análisis económico
D.2.1. Estimación de costos aplicando varios métodos
Costos de equipos (𝑪𝒆 )
𝐶/ = 𝑎 + 𝑏𝑆 ?
Mezcladora:
La mezcladora consta de un tanque y de un agitador; se encuentra el costo de cada pieza
para calcular el costo del equipo completo.
Tanque
𝐶/ ;0?HI/ = (5,700) + (700 × (0.02353𝑚! )3.` )
𝐶/ ;0?HI/ = 5,750.73
123
Agitador
𝐶/ 09=;0@6A = (4,300) + (1,920 × (1.131 × 10"! 𝑘𝑊)3., )
𝐶/ 09=;0@6A = 4,308.43
Costo total mezcladora
𝐶/ C/J<>0@6A0 = 𝐶/ ;0?HI/ + 𝐶/ 09=;0@6A = 5,750.725 + 4,308.435
𝐶/ C/J<>0@6A0 = 10,059.16
Baño maría:
El equipo de baño maría consta de un recipiente interno y otro externo, sin embargo, se
calcula el costo únicamente del recipiente externo. Es importante tomar en cuenta que se
sobrevaloran costos, sin embargo, se compensa debido a que el equipo de baño maría también
incluye un controlador y calentador automático, piezas de las cuales no se registra un costo.
Además, solo se toma en cuenta el costo de uno de los dos recipientes.
Recipiente externo
𝐶/ /R;/A?6 = (5,700) + (700 × (0.0314𝑚! )3.` )
𝐶/ /R;/A?6 = 5,762.91
Costo total baño maría
𝐶/ 10ñ6 C0Aí0 = 5,762.05
124
Costo de tanques de almacenamiento
Los costos de los tanques de almacenamiento fueron recuperados de bibliografía.
𝐶/ ]QN = 160.00
𝐶/ ;0C16A = 120.00
𝐶/ ;0?HI/: = 280.00
Costo total extrusora
La máquina extrusora fue diseñada con características especificas que se ajustan a la
necesidad de la producción de shampoo en barra. Se obtuvo una cotización para la construcción
de la extrusora, la cual indica el costo del equipo.
𝐶/ /R;AI:6A0 = 9,500.00
Costo total compactadora
La máquina extrusora fue diseñada con características especificas que se ajustan a la
necesidad de la producción de shampoo en barra. Se obtuvo una cotización para la construcción
de la compactadora de la empresa experta en el diseño de proyectos industriales Franckeeng. El
costo del equipo es:
𝐶/ <6CF0<;0@6A0 = 3,000.00
Dentro de la cotización se incluye el precio de los cilindros, por lo tanto, se debe sumar este
valor al costo de la compactadora.
𝐶/ <=>=?@A6 = 200.00 × 8 𝑐𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜𝑠
𝐶/ <=>=?@A6 = 1,600.00
𝐶/ <6CF0<;0@6A0 = 3,000.00 + 1,600.00
125
𝐶/ <6CF0<;0@6A0 = 4,600.00
En la siguiente tabla se presenta el costo de los equipos que se calculó previamente:
Tabla D.2.1. 1. Costos de equipos
Equipo
Capacidad de equipo (S)
Mezcladora
𝑉C/J<>0 = 0.02353 𝑚!
𝑃 = 1.131 × 10"! 𝑘𝑊
Baño maría
Extrusora
Compactadora
Tanques de
almacenamiento
Total
𝑉10ñ6 C0Aí0 = 0.0314 𝑚!
Proforma
Proforma
𝑉]QN = 0.1 𝑚!
𝑉;0C16A = 0.5 𝑚!
𝑉;0C16A = 0.05 𝑚!
𝑉;0C16A = 0.02 𝑚!
30,201.21
Costo equipo
(𝑪𝒆 ) [$]
10,059.16
5,762.05
9,500.00
4,600.00
280.00
Estimación de costos según factores de Lang
El método de Lang es una aproximación que considera el costo de los equipos y un factor
de ajuste que depende del tipo de proceso. En este caso se considera un proceso mixto que incluye
tanto sólidos como fluidos; el factor de Lang para este tipo de procesamiento es 𝐹Z = 4.
𝐶Z = 𝐹Z ‰ 𝐶/
𝐶Z = 𝐹Z k𝐶/ C/J<>0@6A0 + 𝐶/ 10ñ6 C0Aí0 + 𝐶/ ;0?HI/: + 𝐶/ /R;AI:6A0 + 𝐶/ <6CF0<;0@6A0 n
𝐶Z = 4(10,059.16 + 5,762.05 + 280.00 + 9,500.00 + 4,600.00)
𝐶Z = 120,804.84
126
Estimación de costos según factores de Hand
El método de Hand es una aproximación basada en el costo de los equipos y sus respectivos
factores de material y factores de instalación que dependen del equipo, denominado factor de
instalación de Hand. Para el desarrollo de este proyecto se considera el factor de instalación de
Hand de equipos misceláneos que es 𝐹$ = 2.5. El factor de material es el mismo para todos ya que
se está considerando que el material de todos los equipos es acero inoxidable 304, este factor es
𝑓C = 1.3.
𝐶$ = ‰ 𝐶/ × 𝑓C × 𝐹$
𝐶$ = Ât𝐶/ C/J<>0@6A0 × 𝑓C × 𝐹$ u + t𝐶/ 10ñ6 C0Aí0 × 𝑓C × 𝐹$ u + k𝐶/ ;0?HI/ × 𝑓C × 𝐹$ n
+ t𝐶/ /R;AI:6A0 × 𝑓C × 𝐹$ u + k𝐶/ <6CF0<;0@6A0 × 𝑓C × 𝐹$ nÃ
𝐶$ = [(10,059.16 × 1.3 × 2.5) + (5,762.05 × 1.3 × 2.5) + (280.00 × 1.3 × 2.5)
+ (9,500.00 × 1.3 × 2.5) + (4,600.00 × 1.3 × 2.5)]
𝐶$ = 98,153.94
Método factorial detallado
Este método es una aproximación basada en los costos de equipos y sus respectivos factores
correctivos. Los factores dependen del tipo de proceso, ya sea que este involucre sólidos, fluidos
o sea mixto.
𝐶_@ = ‰ 𝐶𝑒 ‹t1 + 𝑓F u𝑓C + (𝑓/A + 𝑓/> + 𝑓= + 𝑓< + 𝑓: + 𝑓> )Œ
Debido a que se trabaja con un procesamiento mixto, los factores para este método son:
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 = 𝑓C = 1.3
127
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑛𝑡𝑎𝑛𝑗𝑒 𝑒𝑞𝑢𝑖𝑝𝑜 = 𝑓/A = 0.5
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑙é𝑐𝑡𝑟𝑖𝑐𝑜 = 𝑓/> = 0.2
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑖𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 = 𝑓= = 0.3
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑐𝑖𝑣𝑖𝑙 = 𝑓< = 0.3
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑒𝑠𝑡𝑟𝑢𝑐𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑓: = 0.2
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 "𝑙𝑖𝑛𝑖𝑛𝑔" = 𝑓> = 0.1
𝐶_@ = 10,059.16[(1)1.3 + (0.5 + 0.2 + 0.3 + 0.3 + 0.2 + 0.1)] + 5,762.05(2.9)
+ 280.00(1.5) + 9,500.00(2.9) + 4,600.00t(1 + 0.6)1.3 + 1.6u
𝐶_@ = 90,719.51
D.2.2. Inversión de capital fijo
Costo ISBL
𝐶]\QZ =
(𝐶$ + 30%) + (𝐶_@ − 30%)
2
Costo OSBL
𝐶[\QZ = (40%)𝐶]\QZ
𝐶[\QZ = (0.40)(86,771.51)
𝐶[\QZ = 36,143.80
Costos de ingeniería y construcción:
𝐶]?9.^ <6?:;. = (30%)(𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
128
𝐶]?9.^ <6?:;. = (0.30)(93,321.56 + 37,328.62)
𝐶]?9.^ <6?:;. = 40,045.06
Dentro de estos costos también se consideran los valores de equipos de oficina que se muestran a
continuación:
Tabla D.2.2. 1. Costos de equipos de oficina
Equipos oficina
Costo [$]
Computadora escritorio
500
Impresora multiusos
Teléfono
Total
300
50
850
Gastos imprevistos
𝐶]CFA/D=:;6: = (10%)(𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ )
𝐶]CFA/D=:;6: = (0.10)(93,321.56 + 37,328.62)
𝐶]CFA/D=:;6: = 13,065.02
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑗𝑜 = 𝐶]\QZ + 𝐶[\QZ + 𝐶]?9.^ <6?:;. + 𝐶]CFA/D=:;6:
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑗𝑜 = 93,321.56 + 37,328.62 + 40,045.06 + 13,065.02
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑐𝑎𝑝𝑖𝑡𝑎𝑙 𝑓𝑖𝑗𝑜 = 183,760.26
Los costos de inversión de capital fijo se resumen en la siguiente tabla:
Tabla D.2.2. 2. Costos
Costo ISBL
Costo OSBL
𝑪𝑰𝑺𝑩𝑳 [$]
93,321.56
𝑪𝑶𝑺𝑩𝑳 [$]
37,328.62
para calcular inversión de capital fijo
Costos ing. y
constr.
𝑪𝑰 [$]
40,045.06
Gastos
imprevistos
𝑮𝑰 [$]
13,065.02
Inversión
Capital Fijo
𝑰𝒄𝒂𝒑𝒊𝒕𝒂𝒍 𝒇𝒊𝒋𝒐 [$]
183,760.26
129
D.2.3. Capital de trabajo
El capital de trabajo incluye las siguientes inversiones:
1. Valor inventario de materia prima de 2 semanas
Debido a que se está realizando el análisis económico para una producción que utiliza 2
surfactantes diferentes, el valor de inventario de materia prima se debe considerar tanto para el
surfactante lauril sulfato de sodio (SLS) y cocoil isetionato de sodio (SCI).
Tabla D.2.3. 1.Inventario materia prima considerando dos surfactantes diferentes
Inventario materia prima [$]
Barra con SLS
Barra con SCI
846.61
1,078.45
Para este inventario se está considerando la adquisición de materia prima para producir 700 barras
en vez de la producción establecida de 600 barras. Se va a adquirir más materia prima da la
esperada por cualquier incidente que pueda ocurrir y se requiera más ingredientes.
2. Valor inventario productos y subproductos
Costos de producción variable
Se calculan todos los componentes que conforman los costos de producción variable para 2
semanas.
Materia prima
Tabla D.2.3. 2. Inventario materia prima considerando dos surfactantes diferentes
Inventario materia prima [$]
Barra con SLS
Barra con SCI
736.19
937.79
130
Servicios básicos
Para los servicios básicos de energía, se consideran los consumos energéticos de los equipos y de
la planta:
Energía eléctrica equipos
Tabla D.2.3. 3. Energía eléctrica que ocupan los equipos
Equipo
Energía
[kWh]
Tarifa
[$/kWh]
Mezcladora
Baño maría
Extrusora
Compactadora
0.00113
0.00559
0.0333
5.59
0.85
0.85
0.85
0.85
Trabajo
en 1 día
[min]
20
30
13
10
Total
Trabajo 1
semana [h]
Energía consumida
semanal [kWh]
1.0
1.5
0.65
0.50
1.13 × 10"!
8.39 × 10"!
2.16 × 10"'
2.80
Costo
electricidad 2
semanas [$]
0.00192
0.0143
0.0368
4.752
4.80
Energía eléctrica planta
Tabla D.2.3. 4. Energía eléctrica que ocupa la planta
Equipo
10 focos
industriales
1 computadora
1 teléfono
1 impresora
multiusos
Energía
[kWh]
Tarifa
[$/kWh]
Trabajo
en 1 día
[min]
Trabajo 1
semana [h]
Energía consumida
semanal [kWh]
Costo
electricidad 2
semanas [$]
0.80
0.85
5
20
16
27.2
0.30
0.01
0.85
0.85
5
5
20
20
6
0.2
10.2
0.34
0.15
0.85
5
20
2.80
5.10
Total
42.84
131
Para los servicios básicos de agua, se consideran los consumos de la planta:
Agua potable planta
Tabla D.2.3. 5. Agua potable que consume la planta
Tarifa
[$/𝒎𝟑 ]
0.72
Empleados
2
Consumo x
persona/día [𝒎𝟑 ]
0.6
Consumo x
persona/semana [𝒎𝟑 ]
2.4
Costo agua potable
2 semanas [$]
6.91
Como parte de servicios básicos se toma en cuenta servicio de internet y teléfono
Tabla D.2.3. 6. Servicio de internet y teléfono
Servicio
Plan corporativo
Costo
mensual [$]
50
Costo 2
semanas [$]
23.08
Empaque y transporte
Empaque para transporte
Se determina la cantidad y el costo de las cajas en las cuales se va a distribuir el producto final.
Se establece que la masa máxima que puede cargar cada caja es de 5 kg.
Tabla D.2.3. 7. Empaque para distribución
Masa 1
barra [kg]
Masa caja
[kg]
Unidades
en caja
Producción
semanal
# cajas
semanales
Costo por
caja [$]
0.1
5
50
300
6
0.4
Empaque de producto
Tabla D.2.3. 8. Empaque de producto
Producción 2
semanas
600 barras
# cajas
Costo caja [$]
610
0.55
Costo caja para 2
semanas [$]
335.5
Costo 2
semanas
[$]
4.80
132
Transporte
Se toma en cuenta que el producto se va a distribuir en una camioneta cada semana. El producto
va a llegar a las bodegas del distribuidor del producto. Se toma en cuenta el costo por carrea.
Tabla D.2.3. 9. Costo de transporte
Costo x
carrera semanal [$]
10
Costo carrera 2
semanas [$]
20
Los costos de producción variables se resumen en las siguientes tablas tomando en cuenta una
producción con 2 surfactantes distintos.
Tabla D.2.3. 10. Costos de producción variables para barra con SLS
Materia prima
[$]
736.19
Barra con SLS
Servicios
Empaque y
Básicos [$]
transporte [$]
77.63
360.30
Costos de producción
variables VCOP [$]
1,174.12
Tabla D.2.3. 11. Costos de producción variables para barra con SCI
Materia prima
[$]
937.79
Barra con SCI
Servicios
Empaque y
Básicos [$]
transporte [$]
77.63
360.30
Costos de producción
variables VCOP [$]
1,375.72
Costos de producción fijos
Labor de operación
Van a haber 2 operarios trabajando en la planta y se van a encargar del proceso de
producción y la distribución del shampoo sólido. Se contratará los servicios de un contador que
asistirá una vez por semana a la planta. Las funciones que va a cumplir son: pagar sueldos,
133
declaración de impuestos, inventario quincenal, contacto con proveedores y distribuidores, entre
otros. Cada empleado va a recibir el decimo tercero y el decimo cuarto.
Tabla D.2.3. 12. Labor de operación de la planta
Salario
Empleados Cantidad
mensual [$]
Operarios
Contador
2
1
300
500
Salario
anual [$]
Sueldo que
Salario 2
pagar [$] semanas [$]
4,200
7,000
8,400
7,000
Supervisión
𝐶:IF/AD=:=ó? = 25% (592.31)
𝐶:IF/AD=:=ó? = 148.08
Gastos salariales
𝐶:0>0A=0>/: = 50% (592.31 + 148.08)
𝐶:0>0A=0>/: = 370.19
Mantenimiento
𝐶C0?;/?=C=/?;6 = 3% (93,321.56)
𝐶C0?;/?=C=/?;6 = 2,799.56
Impuestos sobre la propiedad
𝐶=CFI/:;6 A/?;0 = 1% (93,321.56)
𝐶=CFI/:;6 A/?;0 = 933.22
Alquiler de tierra
𝐶0>HI=>/A ;=/AA0 = 1% (93,321.56 + 37,328.62)
𝐶0>HI=>/A ;=/AA0 = 1,306.50
Gastos generales
323.08
269.23
Total
labor op.
[$]
592.31
134
𝐶9/?/A0>/: = 65% (592.31 + 148.08 + 370.19 + 2,799.56)
𝐶9/?/A0>/: = 2,541.65
Gastos medioambientales
𝐶C/@=60C1=/?;0>/: = 1% (93,321.56 + 37,328.62)
𝐶C/@=60C1=/?;0>/: = 1,306.50
Licencias
En cuanto a las licencias se toma en cuenta el registro sanitario para productos de higiene de
pequeñas industrias [38]. El valor de esta licencia debe ser cancelado cada 5 años.
Tabla D.2.3. 13. Licencia de registro sanitario
Registro
Sanitario
Productos de
higiene
Costo [$]
Vigencia
[años]
Costo anual
[$]
Costo 2
semanas [$]
197.82
5
39.56
1.52
Al sumar todos los componentes que componen a los costos de producción fijos para 2 semanas
se obtiene el siguiente resultado:
Tabla D.2.3. 14. Costos de producción fijos para 2 semanas
Costos producción
fijos (FCOP) [$]
9,999.61
Los costos de producción fijos se mantienen igual para una producción con SLS y SCI ya que no
dependen de la compra de materia prima.
2. Valor inventario productos y subproductos
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠\Z\ = 11,173.73
𝐼𝑛𝑣𝑒𝑛𝑡𝑎𝑟𝑖𝑜 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠\N] = 11,375.33
135
3. Efectivo en caja
Tabla D.2.3. 15. Efectivo en caja considerando 2 surfactantes distintos
Efectivo en caja [$]
Barra SLS
Barra SCI
5,586.86
5,687.66
4. Cuentas por cobrar
Tabla D.2.3. 16. Cuentas por cobrar considerando 2 surfactantes distintos
Cuentas por cobrar [$]
Barra SLS
Barra SCI
22,347.46
22,750.66
5. Créditos cuentas pendientes
Tabla D.2.3. 17. Créditos cuentas pendientes considerando 2 surfactantes distintos
Cuentas por cobrar [$]
Barra SLS
Barra SCI
1,472.37
1,875.57
6. Inventario de repuestos
𝐶A/FI/:;6: = 1% (93,321.56 + 37,328.62)
𝐶A/FI/:;6: = 1,306.50
El capital de trabajo total tomando en cuenta una producción con SLS y SCI es:
Tabla D.2.3. 18. Capital de trabajo total considerando 2 surfactantes distintos
Capital de trabajo [$]
Barra SLS
Barra SCI
42,733.54
44,074.18
136
D.2.4. Ingreso de la planta
Ingresos por ventas de producto
Se calculan los ingresos por ventas tomando en cuenta dos costos del producto diferentes: una
barra de shampoo sólido de 11 dólares y de 12 dólares.
Tabla D.2.4. 1.Ingresos por ventas anuales considerando dos distintos costos del producto
Caudal de
producción anual
barras
14,400
14,400
Costo barra
incluido IVA
[$]
11.00
12.00
Ingresos por
venta anuales
[$]
158,400
172,800
Margen
Para una producción de barras con SLS de $11.00 el margen es:
𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛\Z\ = 140,731.53
Para una producción de barras con SCI de $12.00 el margen es:
𝑀𝑎𝑟𝑔𝑒𝑛\N] = 150,293.13
Costo en efectivo de producción (CCOP)
Para calcular el costo en efectivo de producción anual, se consideran los costos anuales
de producción variables y fijos. Estos costos no dependen del precio de la barra así que solo se
toma en cuenta el tipo de materia prima que compone la barra.
𝐶𝐶𝑂𝑃 = 𝑉𝐶𝑂𝑃 + 𝐹𝐶𝑂𝑃
Barra SLS:
𝐶𝐶𝑂𝑃\Z\ = 30,527.11 + 55,848.95
𝐶𝐶𝑂𝑃\Z\ = 86,376.06
137
Barra SCI:
𝐶𝐶𝑂𝑃\N] = 35,768.71 + 55,848.95
𝐶𝐶𝑂𝑃\N] = 91,617.66
Beneficio bruto anual
El beneficio bruto depende tanto del costo de la barra como de la materia prima de la que está
compuesta.
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 = 𝐼𝑛𝑔𝑟𝑒𝑠𝑜𝑠 − 𝐶𝐶𝑂𝑃
Para una producción de barras con SLS de $11.00:
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜\Z\ = 158,400 − 86,376.06
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜\Z\ = 72,023.94
Para una producción de barras con SCI de $12.00:
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜\Z\ = 172,800 − 91,617.66
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜\Z\ = 81,182.34
Impuesto a la renta
El beneficio neto anual depende del impuesto de la renta; a partir de la tabla que se presentó en el
Anexo C.3.4. de metodología, se obtiene los siguientes datos:
Para una producción de barras con SLS de $11.00:
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = (72,023.94 − 64,887.01) 0.25
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = 1,784.23
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎 = 8,518 + 1,784.23
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎 = 10,302.23
138
Para una producción de barras con SCI de $12.00:
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = (81,182.34 − 64,887.01) 0.25
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑓𝑟𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑥𝑐𝑒𝑑𝑒𝑛𝑡𝑒 = 4,073.83
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎 = 8,518 + 4,073.83
𝐼𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎 = 12,591.83
Beneficio neto anual
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑏𝑟𝑢𝑡𝑜 − 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑒𝑠𝑡𝑜 𝑎 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑛𝑡𝑎
Para una producción de barras con SLS de $11.00:
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 72,023.94 − 10,302.23
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 61,721.71
Para una producción de barras con SCI de $12.00:
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 81,182.34 − 12,591.83
𝐵𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 = 68,590.51
D.2.5. Análisis de recuperación del capital
Tiempo de recuperación
Para una producción de barras con SLS de $11.00:
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 183,760.26 + 42,733.54
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 226,493.80
𝑇./<IF/A0<=ó? =
226,493.80
61,721.71
139
𝑇./<IF/A0<=ó? = 3.67
Para una producción de barras con SCI de $12.00:
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 183,760.26 + 44,074.18
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 227,834.34
𝑇./<IF/A0<=ó? =
227,834.34
68,590.51
𝑇./<IF/A0<=ó? = 3.32
ROI
Para una producción de barras con SLS de $11.00:
𝑅𝑂𝐼 =
𝑏𝑒𝑛𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑜 𝑛𝑒𝑡𝑜 𝑎𝑛𝑢𝑎𝑙
∗ 100%
𝑖𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑅𝑂𝐼 = 30.11 %
Para una producción de barras con SCI de $12.00:
𝑅𝑂𝐼 = 27.25 %
140
E. Planos de equipos
E.1. Planos de extrusora
Figura E.1. 1. Planos de extrusora
141
Figura E.1. 2. Diseño 3D de extrusora
142
E.2. Planos de compactadora
Figura E.2. 1. Planos de compactadora
143
Figura E.2. 2. Diseño 3D de compactadora
144
F. Proforma de equipos
145
146
147
148
Figura F. 1. Proforma de equipos